글. 양미희 사진. shutterstock
출처. 한국과학창의재단, 「생활 속 과학 이야기」
추운 겨울, 손 시릴 때 텀블러 안에 담아 온 따뜻한 음료를 한 모금 마시면 참 기분이 좋지요. 그런데 시간이 꽤 지나도 텀블러 속 내용물이 식지 않고 따뜻한 이유, 혹시 궁금했던 적 있나요? 그 비밀은 텀블러 안에 숨겨진 과학의 힘 때문인데, 지금부터 살펴볼까요?
<과학 한 스푼>은 국방과학 속 기초 과학 원리를 쉽게 풀어 소개하고, 초등학생이 직접 따라 할 수 있는 실험도 함께 소개하는 과학 코너입니다.
여러분, 텀블러 안 음료가 왜 오랫동안 따뜻하거나 차가울까요? 그 비밀은 ‘보온·보랭 구조’에 있어요. 텀블러는 겉과 속이 두 겹이고, 사이에는 공기가 거의 없는 진공 층이 있는 구조예요.
공기가 없으면 열이 잘 전달되지 않아 뜨거운 음료는 따뜻하게, 차가운 음료는 시원하게 오래 유지할 수 있답니다. 또 내부는 은이나 구리 혹은 다른 금속으로 처리한 것을 확인할 수 있는데, 이는 열을 반사해 단열 효과를 높이는 ‘반사 코팅’ 원리를 적용한 거예요. 여기에 뚜껑의 역할도 빼놓을 수 없죠. 뚜껑은 ‘대류현상’으로 인한 열손실을 막아 내용물 온도를 유지하는 중요한 역할과 내용물이 밖으로 나오지 않게 하는 역할을 담당해요.
텀블러의 소재는 주로 스테인리스스틸과 플라스틱입니다. 스테인리스스틸은 보온·보랭 효과가 좋고 내구성이 뛰어나 오래 사용할 수 있다는 장점이 있습니다. 반면 플라스틱은 가볍고 저렴하며, 다양한 색상과 디자인을 구현하기 쉬워 일상용으로 많이 선택합니다.
물컵처럼 보이지만 똑똑한 기술이 담긴 텀블러, 사실 이 안에 숨어 있는 과학은 생각보다 더 넓은 세계에서 활약하고 있어요. 텀블러는 진공층과 금속 반사막 덕분에 열이 밖으로 빠져나가는 걸 막아 따뜻함이나 차가움을 오래 유지하죠. 재미있게도 이런 구조는 전기차 배터리에도 비슷하게 쓰여요.
배터리 셀 사이에 ‘진공단열패널(VIP)’이나 ‘에어로젤’ 같은 단열재를 넣으면 열이 옆으로 번지는 걸 막아 배터리가 너무 뜨거워지는 걸 늦출 수 있어요.
특히 에어로젤은 얇고 가볍지만 아주 강한 단열 성능을 지니고 있어 1000℃가 넘는 매우 높은 온도에서도 버틸 수 있답니다. 덕분에 전기차 배터리뿐 아니라 군사용 장비에도 활용돼요. 장비 표면의 열이 외부로 드러나지 않게 도와 적의 열 감지 장비에 잘 보이지 않게 해주죠.
이처럼 우리가 매일 들고 다니는 텀블러의 과학이 아주 중요한 기술과 연결되어 있다는 사실, 놀랍지 않나요?
이중 플라스틱 컵을 이용해 음료를 더 오래 따뜻하게 유지하는 실험이에요. 이를 통해 텀블러의 원리를 확인해 보아요.
