06. 빨리 데우려면 어떤 용기를 써야할까?

<네모 속의 물리학>

열용량

어떤 물체의 온도를 높이는 데 필요한 에너지의 양은 그 물체가 어떤 물질로 만들어졌느냐에 달렸다.

어떤 것을 데우려면 얼마나 많은 에너지가 필요한지 아는 것이 유용하다. 다행히 여러 재료 간에 온도를 얼마나 쉽게 높일 수 있는지 비교할 수 있는 방법이 있는데 이것을 열용량이라 부른다. 이는 또한 어떤 것들을 식히는 데 물이 왜 좋은가를 알려준다.

과학자들은 비열(specific heat)에 대해 이야기하는데, 이것은 단위질량, 즉 1kg(2.2lb) 물질의 온도를 1℃(화씨로는 1.8°F) 올리는 데 필요한 열량이다. 열용량의 단위는 줄/킬로그램/켈빈으로 주어지는데, J/kg/K로 표기된다. 이것은 1K를 올리는 것과 1℃를 올리는 것이 동일하다는 것을 보여준다. 켈빈은 과학에서 사용되는 표준 SI(국제단위계) 측정단위 중 하나다.

대부분의 일반적인 물질은 100~1,000J/kg/K 범위의 열용량을 갖지만, 물은 4,200J/kg/K의 열용량을 갖는다. 물은 또한 좋은 열전도체이며, 높은 열용량과 열전도체라는 특성이 결합됨으로써 귀중한 냉각제가 되기도 한다. 예를 들면 뜨거운 금속판에 물을 부으면 차가운 물이 뜨거운 금속판의 열을 가져온다. 하지만 물은 열용량이 높아 물 자체는 온도가 거의 변하지 않는데, 이것이 물이 일반적으로 브레이크 장치의 냉각제로 사용되는 이유다.

여러 가지 물질의 열용량

끓는 물에 나무수저와 금속수저를 넣었을 때 나타나는 상이한 현상은 이 둘의 서로 다른 열용량을 보여준다.

원소 중 수소가 가장 큰 열용량을 갖는 반면, 무거운 기체인 라돈(radon)은 열용량이 가장 작다.