열전달 적게 일어나는 부도체 찾기
저렴한 스티로폼·은박지 재료이용

무더운 날씨에도 오랜 시간동안 시원한 물을 마실 수 있도록 도와주는 나만의 아이스박스를 만들어 보자. 성능이 우수한 아이스박스를 만들기 위해서는 아이스박스에 숨겨진 과학적 원리인 열이 전달되는 원리에 대해 살펴봐야 한다.

열이 전달되는 방식은 크게 전도, 대류, 복사의 세 종류로 나눌 수 있다. 전도는 다른 물질을 통해서 열이 전달되는 현상이다. 맛있는 요리에 사용하는 프라이팬의 한쪽만을 가열해도 프라이팬의 전체가 뜨거워지는 현상, 고기를 먹을 때 젓가락 등을 불판 위에 올려놓으면 젓가락도 뜨거워져 사용할 수 없게 되는 현상 등이 열의 전도다.

대류는 기체나 액체 등 유체에서의 열의 이동을 말한다. 예를 들어 물을 넣은 주전자의 바닥만을 가열해도 주전자 안의 물 전체가 데워지는 현상, 보일러를 켜면 방안 전체가 따뜻해지는 현상이다. 마지막으로 복사는 열이 물질의 도움 없이 직접 전달되는 현상이다.

햇볕을 쬐면 물건들이 따뜻해지고 전자렌인지로 음식을 데우는 현상, 난로와 사람사이를 책 등으로 막게 되면 뜨거움이 사라지는 현상 등이다. 그럼 열의 이동현상을 알고 이를 활용해 나만의 아이스박스를 만들어 보자.

성능이 좋은 아이스박스를 만들기 위해서는 아이스박스 안쪽의 차가운 공기는 밖으로 나가지 못하게 하고 아이스박스 밖의 공기는 들어오지 못하게 하는 것이 중요하다.

아이스박스의 제작을 위해 우선 재료를 고민해야 한다. 열을 잘 전달하는 물질을 도체, 반대로 전기나 열을 전달하지 않는 물질을 절연체라고 하며 아이스박스의 재료로 절연체를 사용한다.

하지만 실제 이상적으로 전기나 열을 막을 수 있는 절연체는 세상에 존재하지 않으므로 열전도가 아주 적게 일어나는 부도체인 다이아몬드, 에보나이트, 유리, 스티로폼 중 쉽게 구할 수 있는 스티로폼 등을 재료로 하는 것이 좋다.

열의 전달을 조금 더 효과적으로 막기 위해 열을 반사시키거나 배출시킬 수 있는 방법을 생각해볼 수도 있다. 아이스박스와 같은 원리를 사용하는 보온병의 경우 보온병 안쪽에 열을 반사시킬 수 있도록 은도금을 하기도 한다.

이와 같은 효과를 위해 은박지 등으로 아이스박스의 안과 밖을 감싸는 것도 열의 이동을 막기 위한 방법이라 할 수 있겠다.

마지막으로 따뜻한 공기와 열이 아이스박스의 외부에서 내부로 이동하지 못하도록 차단하는 방법을 생각해봐야 한다. 아이스박스 외부의 따뜻한 공기와 열이 아이스박스 내부로 이동하지 못하도록 효과적으로 차단할 수 있는 방법에는 무엇이 있을까?

최고의 방법은 여러분의 과제로 남기고자 한다. 우리 주위에서 쉽게 접할 수 있는 다양한 제품들을 가만히 살펴보면 제품 속에 숨겨진 과학적 원리들을 발견하게 된다. 이때 발견한 과학적 원리를 이용해 생활 속 문제를 해결하거나 더욱 효과적이고 편리한 제품들을 만들어낼 수 있게 된다.

생활의 발견은 여러분을 과학자, 발명가로 성장할 수 있도록 하는 가장 중요하고 기본적인 활동임을 알고 과학자, 발명가의 눈으로 우리 주위를 다시 한번 천천히 살펴보도록 하자. 여러분도 과학자이자 발명가의 길로 한걸음 다가서게 될 것이다.

/안달 평택 효덕초 교사

※위 창의융합교실은 지역신문발전기금을 지원받았습니다.