수증기와 김, 같은 거 아니었어?

수증기와 김, 

같은 거 아니었어?

■ 김과 수증기

수증기는 물이 온도나 압력에 의해 변화하여 생긴 기체로, 색깔과 냄새가 없고 투명합니다. 수증기는 아주 작은 상태의 물 입자이기 때문에 눈으로는 관찰할 수 없고, 우리 눈에 보이는 액체 상태의 물방울인 김과는 다릅니다. 물이 수증기가 될 때 질량은 변하지 않아요. 하지만 수증기가 되면서 입자들 사이의 거리가 멀어지기 때문에 기체인 수증기는 액체인 물보다 부피가 많이 증가하게 된답니다.

수증기는 냄새와 색깔을 가지고 있지 않아서 그 존재를 알아 내는 것이 쉽지 않아요. 하지만 우리가 알고 있는 ‘김’은 우리 눈으로 볼 수 있어요. 김은 수증기가 공기 중으로 나왔을 때 식으면서 작은 물방울로 변한 것이지요. 따라서 김은 기체가 아니라 액체랍니다.

기체인 수증기는 우리 눈으로는 직접 볼 수가 없지만 간접적으로 수증기가 있다는 것을 알 수 있어요. 주전자에 물을 끓일 때 주전자 입구 부분과 김이 생기는 부분의 사이에 아무것도 없는 것처럼 보이는 약간의 틈이 있어요. 바로 이 틈에 수증기가 있답니다. 이 틈에 물체를 갖다 대면 바로 물방울이 맺혀요. 이렇게 간접적으로 수증기가 존재한다는 것을 알 수 있습니다.

■ 물이 수증기로 변하는 과정 - 증발과 끓음

증발과 끓음은 모두 액체가 기체로 변하는 기화 현상이에요. 액체의 표면에서 액체 상태의 입자가 기체 상태로 변하는 것을 ‘증발’이라고 하는데, 증발은 액체 표면에 있는 활동성이 강한 입자들이 그들 간의 잡아당기는 힘을 끊고 공기 중으로 튀어나오기 때문에 발생합니다.

온도가 높아지면 물 입자의 활동성이 커져 입자 사이의 잡아당기는 힘을 끊기가 쉬어져요. 또 액체의 표면적이 넓으면 물 분자가 공기 중으로 빠져나갈 수 있는 공간이 넓어지죠. 따라서 온도가 높고, 표면적이 넓을수록 증발은 잘 일어나게 돼요. 증발할 때는 에너지가 필요하므로 주변의 열을 흡수하기 때문에 주변의 액체는 온도가 낮아집니다.

끓음은 액체 내부로부터 공기 방울이 생기면서 기체로 변하는 것을 말해요. 물은 1기압, 100℃에 끓기 시작하는데 이때의 온도를 ‘끓는점’이라고 해요. 이 끓는점은 압력이 커질수록 높아져요. 우리가 산에 올라가서 밥을 지으면 밥이 설익게 되는데 이것은 산 윗부분의 압력이 산 아래쪽보다 낮기 때문이에요. 압력이 낮으면 끓는점도 낮아지므로 평소보다 낮은 온도에서 물이 끓기 때문에 밥이 잘 익지 않는거죠. 때문에 산에서는 냄비 뚜껑에 돌을 올려놓아 냄비 속의 증기가 빠져나오지 못하도록 만들어 압력을 높여 주어 밥을 지어요.

 

■ 수증기가 물이 되는 과정 - 응결

공기는 온도에 따라 포함할 수 있는 수증기량이 달라져요. 공기 1m³ 안에 포함될 수 있는 최대의 수증기량을 ‘포화 수증기량’이라고 하는데, 이 포화 수증기량은 온도가 높을수록 증가하기 때문에 공기의 온도가 낮아지면 포함할 수 있는 수증기량이 줄어들게 돼요. 따라서 공기의 온도가 낮아지다가 어떤 온도에서 공기가 포화 상태가 되면 더는 수증기를 포함할 수 없으므로 수증기가 물방울로 맺혀요. 이때의 온도를 ‘이슬점’이라고 말해요.

온도가 이슬점에 도달하였을 때 공기 중 수증기 입자들이 모여 액체인 작은 물방울이 되는 것을 ‘응결’이라고 합니다. 공기의 냉각이 응결이 일어나는 주원인이지요. 응결이 잘 일어나기 위해서는 공기 중에 수증기가 많아야 해요. 공기 중에 포함된 수증기의 양이 많고 공기의 온도가 내려갈 때 응결은 잘 일어납니다. 여름에 차가운 물을 넣어 놓은 컵 표면에 물방울이 생기는 것, 늦가을이나 초겨울 아침에 강이나 호숫가에 끼는 안개도 응결 현상에 의한 것이지요.

▲안개 낀 아침 호숫가(출처: 에듀넷)

[자료출처: 에듀넷]