音펨바 效果 (Mpemba effect)는 같은 冷却 條件에서 高溫의 물 이 低溫의 물 보다 더 빨리 어는 現象 또는 그 效果 를 말한다. ^{[1] [2]} 이는 35℃ 물과 5℃ 물로 實驗하였을 때 比較效果가 극대화된다. ^[3] 1963年 탄자니아의 에라스토 音펨바(Erasto B. Mpemba)가 처음 發見했다고 해서 붙은 名稱이다. ^[3]

이런 現象이 發生하는 原因이 50年間 풀리지 않다가 2013年 11月 싱가포르 硏究陣에 依해 물의 水素結合과 共有結合의 에너지 相關關係에 依한 現象임이 밝혀졌다. ^[4]

發見 [ 編輯 ]

音펨바 效果는 탄자니아 의 에라스토 音펨바(Erasto B. Mpemba)의 이름을 딴 것이다. 發見者인 音펨바는 마감바 中學校에서 當時 3學年이던 1963年에 이 現象을 처음으로 發見하게 되었다. 音펨바(Erasto Mpemba)는 學校에서 끓는 牛乳와 雪糖을 섞어 아이스크림을 만드는 實習을 하고 있었다. ^[5] 元來 아이스크림을 만들 때는 混合 溶液을 充分히 식힌 다음에 冷凍室에 넣어 얼려야 한다.

實習室의 冷凍庫에는 자리가 充分하지 않았고, 音펨바는 冷凍庫의 자리를 차지하기 위해 채 식지 않은 混合溶液을 그대로 冷凍室에 집어넣었다. 얼마 後 冷凍室 門을 열어보았는데, 充分히 식힌후에 넣은 다른 學生의 아이스크림보다 自身의 아이스크림이 먼저 얼어 있는 것을 發見하였다. ^[6] 옴펨바는 같은 實驗을 여러次例 해보았으나 同一한 結果를 얻었다. 이런 事實을 隣近 大學의 物理學者인 오스본(Denis G. Osborne) 敎授에게 알렸다. 오스본 敎授는 實驗을 통해서 뜨거운 물이 차가운 물보다 더 빨리 언다는 事實을 確認하게 되었으나 그 原因은 알 수 없었다. 아무튼 오스본 敎授의 硏究팀은 實驗 結果를 1969年 ‘Physics Education’저널에 揭載하였다(vol 4, p.172-175). ^{[6] [7]} 以後에도 오랫동안 그 原理가 밝혀지지 않자 2012年 英國王立化學會가 音펨바 現象의 原因 糾明에 1000파운드의 賞金을 걸기도 했다. ^[3]

複雜系 問題 [ 編輯 ]

冷却 過程에 있는 물의 狀態를 溫度 라는 單 하나의 因子로 나타내도 괜찮은 것인가 하는 問題도 있다. 보다 正確한 技術을 위해서는 물에 對한 溫度 分布를 생각할 必要가 있다. 몬웨아 젱 (Monwhea Jeng)은 이 問題에 關해서

解釋이 몹시 複雜해진다. 왜냐하면 우리는 溫度라는 하나의 因子가 아니라 溫度場을 생각하여, 한層 더 解釋에 必要한 電算 流體 力學 과 매우 複雜하게 얽혀 있기 때문이다 ^[8]

이 效果는 熱傳導 의 問題이며, 連續體 力學 에 根據한 移動現象 의 觀點에서 硏究를 進行하는 것이 적합하다. 열 輸送을 偏微分方程式 으로 解釋한다면, 물의 平均 溫度 等 몇가지 적은 數의 因子만 考慮해서는 系의 움직임을 記述하기에 充分하지 않다. 系의 幾何學的인 細部事項이나 流體의 特性, 溫度場이나 흐름場 等 다양한 條件이 系의 움직임에 至極히 複雜한 影響을 줄 수 있기 때문이다. 單純化된 熱力學 에만 기초하여 分析하면 音펨바 效果는 直觀 에 反對되는 것처럼 보인다. 그렇지만 이것은 物理學 問題에 接近할 때 適切한 變數들을 모두 考慮해주어야 한다는 것을 말해주고 있다.

科學 評論家 필립 볼 은 2006年 雜誌 《物理學 世界》( Physics World )에 寄稿한 記事에서 "問題는 이 現象을 效率的으로 再現하는 것이 매우 어렵다는 데 있다. 이는 이 現象이 나타나기도 하고, 나타나지 않기도 하기 때문이다. 또한 萬若 音펨바 效果가 올바르다고 해도, 現象을 解釋하는 것이 一般的인 것에 그칠지, 아니면 훌륭한 發見이 될지는 분명하지 않다."라고 했다.

歷史 [ 編輯 ]

古代의 아리스토텔레스 , 近世의 프랜시스 베이컨 , 르네 데카르트 等의 科學者들이 이와 비슷한 現象에 對해 알고 있었을 可能性이 있다. ^[6] 아리스토텔레스는 그가 안티페리스타시스(antiperistasis)라고 부르는 "어떤 性質의 强度는 相反되는 性質에 둘러싸일 때 더욱 높아질 수 있다."라는 잘못된 特性 槪念으로 理解하였다.

原因 分析 [ 編輯 ]

原因은 2013年 11月 싱가폴 南陽理工大學 쑨장칭, 市場 敎授 硏究팀에 依해 물의 水素結合과 共有結合의 에너지 相關關係에 依한 現象임이 밝혀졌다. ^{[4] [9]} 물 分子 사이 水素結合으로 인해 하나의 물 分子를 이루고 있는 各各의 水素 原子, 酸素 原子의 共有結合은 分子들을 가까이 붙일 때 길어지며 에너지를 蓄積한다. 以後 물을 끓이면 물 分子 사이 間隔이 벌려지면서 水素結合 亦是 길어진다. 이렇게 끓인 물을 冷却할 때는 共有結合 길이가 다시 줄어들면서 蓄積했던 에너지를 放出하게 된다. 뜨거운 물은 蓄積된 에너지 量이 많아 冷却時 더 빠른 速度로 에너지를 放出하게 되는 것이다.

이러한 原因 分析이 定說로 여겨지고 있으나, 音펨바 效果가 물이 아닌 콜로이드에서도 發生하고 있어 ^[10] 물 外의 液體에서 發生하는 音펨바 效果에 對해서는 보다 깊은 硏究가 必要하다.

비슷한 效果 [ 編輯 ]

• 潛熱
• 라이덴프로스트 效果

各州 [ 編輯 ]

外部 링크 [ 編輯 ]

• 뜨거운 물이 찬물보다 빨리 언다? Archived 2013年 2月 7日 - 웨이백 머신 《한겨레》2008-06-18 午後 05:55:23
• 뜨거운 물 빨리 어는 '音펨바 現象' 祕密 풀렸다 《머니투데이 뉴스》2013年 11月 3日 17時 06分