[Science Cookie] 우리는 정말 온도를 감지할 수 있을까?

 

 

온도가 뭘까요?

 

 

우린 일상생활 속에서 온도라는 개념을

아주 익숙하게 사용합니다.

핸드폰만 켜더라도 실외의 온도를 알아내

실외가 얼마나 따뜻한지 차가운지를 금방 알 수 있고

또 대중목욕탕에 있는 온도계를 통해서

어느 탕이 차가운지 따뜻한지를 구별할 수 있을 정도의

그런 익숙함을 가지고 있죠.

 

이러한 온도라는 단위가 국제 표준으로서 최초로 도입된 건

1742년 스웨던의 물리학자였던 안데르스 셀시우스가 제안한

Celsius Degree. 번역하면 섭씨라는 기준으로

세상에 등장하게 되었습니다.

 

이 기준은 물의 끓는 점을 0℃로, 어는 점을 100℃로 하는

지금과는 정반대로 설정된 기준이었습니다.

 

그러나 생물 분류학의 기초를 확립하는 데 큰 기여를 하여

현대 식물학의 시조로 불리우는 생물학자 칼 폰 린네에 의해 (Carl von Linne)

생물학을 연구하고 활용하는 실험실 환경뿐만 아니라

직관적으로나 수학적으로도 불편하다는 이유로

1745년에 현재 사용하는 기준으로 바뀌게 되었죠.

 

오늘날 물체의 따뜻함이나 차가운 정도를 나타내는 물리량인

온도를 재는 방법은 너무나 다양합니다.

특히나 우리 일상 속에서 흔히 접할 수 있는 체온 수준의 온도는

손을 대어보는 것만으로도 어느 정도 짐작이 가능하죠.

 

하지만 정말 그럴까요?

정말로 우리 눈앞에 있는 온도를 알 수 없는 두 개의 물체가 있을 때

그 두 물체에 손을 대어보는 것만으로도

이 두 물체 중에 뜨거운 것과 차가운 것

완벽하게 구별할 수 있을까요?

 

실험쿠키 오늘의 주제는 바로

"정말로 손을 대 보는 것만으로도 두 물체의 온도를 구별할 수 있을까?"입니다

 

 

두 개의 물체가 있는데 두 개의 물체 중에서

어떤 게 차가운지 따뜻한지를 구별하려면 어떻게 해야 될까요?

 

영상을 보고 계신 여러분들께서도 아마

알루미늄으로 된 이 상자가 더 차가울 거라고 예상하셨을 거예요

하지만 실제로 이 알루미늄과 책의 온도를 적외선 온도 탐지기로 탐지했더니

두 온도는 거의 같았어요

왜 그랬을까요?

 

왜 두 개의 온도가 정확히 아니면 거의 똑같은데

분명히 손을 대었을 때는 이 알루미늄 상자가 더 차갑게 느껴졌어요

대체 왜 그런 걸까요?

 

비밀은 바로 인간은

물체 자체의 온도를 느끼는 것이 아니라

같은 시간 동안 얼마큼의 열을 방출하는지

또는 흡수하는지에 대한 비율을 느낄 수 있기 때문입니다.

 

다시 말해 인간은 온도 자체를 느끼는 것이 아니라

어느 특정한 시간 동안 얼마큼의 열이 피부로 전달되었는지

쉽게 말해 '얼마큼 빠르게 열을 전달하는지'

또는 '느리게 전달하는지'만을 감지할 수 있을 뿐입니다.

 

종이나 스타이로폼 같은 물질들을 구성하고 있는 분자는

분자 자체의 배열과 분자를 구성하는 원자의 특징 때문에

열의 전달 속도가 매우 느린 단열의 효과를 지니고 있어서

손을 대어도 체온이 책 속으로 쉽게 빠져나가지 않았기 때문에

우리의 몸은 같은 시간 동안 손실되는 열이 비교적 작게 되고

그렇기 때문에 책이 알루미늄 상자보다 따뜻하다고 인식하게 됩니다.

 

반면 알루미늄 상자는 금속으로 이루어져 있어서

원자들 사이를 자유롭게 움직일 수 있는

"Free Charge; 자유 전자"가

마음껏 돌아다닐 수 있는 환경이 만들어지게 됩니다.

 

이 자유 전자에 의해 접촉된 피부의 체온이

쉽게 금속 안으로 전달되게 되며

같은 시간 동안 손실되는 열이 종이보다 훨씬 많게 됩니다.

 

그리하여 알루미늄 상자가 책보다 상대적으로

차갑다고 인식하게 되는 것이죠.