동결과정 실험을 해봤습니다.
지금까지 가르쳤던 전공과목과 직결된 문제라 기사가 예사롭게 들리지 않았답니다.
처음에는 그냥 맹물로 진행해보고,
이어서, 보다 근접한 실험을 위해, 우유에 설탕을 타서, 아이스크림원료 비스무리하게 샘플을 제조하여, 충분한 시간을 두고 온도변화를 측정해봤습니다.
두 실험 공히 밀도가 가장 높아지는 지점(물: 4℃, 우유: 대략 -2℃전후)에서 각 샘플 공히 온도변화가 머뭇거리다가, 이후 거의 일정한 패턴으로 온도가 떨어지는 경향을 보였으며, 결빙이 시작되는 시점부터 완전 결빙상태 이후까지 충분히 기다렸다가 실험을 끝냈습니다.
참고: 물의 경우(그림 1)와 2-samples 설탕우유(그림 2)는 두 샘플 공히 같은 시각에 냉동실에 넣었고, 3-samples 설탕우유(그림 3)의 경우는 당시 음펨바 군의 실험상황을 유추하여, 덥힌 우유를 3가지 샘플통에 나눠 담은 후, 적색선(55℃) 샘플은 곧장 냉동실에 넣었고, 나머지 2가지 샘플 중에서 하나는 7분 동안 숟갈로 저으면서 입김으로 식혀 7분 후에 40.1℃(록색선)로, 그리고 남은 샘플(청색선)은 보자기에 싸서 51.1℃로 식은 상태에서 동시에 냉동실에 넣었음. 모든 실험온도는 1분간격으로 Thermocouple 센사로 측정되었음.
음펨바 군이나 오스본 교수의 실험상황과 본 실험 상황이 같을 수는 없습니다. 교실의 환경조건, 냉동기의 용량, 육안으로 확인한 시점의 냉동상태 등이 모두 다를 수밖에 없습니다.
일단, 지금까지 측정된 자료에 의하면, 기존의 농작물 냉각부하량 산정 방법에 별다른 문제가 없는 것으로 사료됩니다. 혹시 특이한 점이나 실험방법에 문제점이 있다고 판단되시면 댓글 달아주시기 바랍니다.
(종축: 온도, 횡축: 시각)
그림 1. 물의 냉동 과정 온도변화
그림 2. 설탕 우유 냉동과정 온도변화(2 samples)
그림 3. 설탕 우유 냉동과정 온도변화(3 samples)
![프로필 이미지](https://gujoron.com/xe/files/member_extra_info/profile_image/118/006/6118.jpg)
![포인트:697432point, 레벨:30/30 [레벨:30]](https://gujoron.com/xe/modules/point/icons/default/30.gif)
![id : 김동렬 id: 김동렬](https://gujoron.com/xe/files/member_extra_info/image_mark/118/006/6118.gif)
![프로필 이미지](https://gujoron.com/xe/files/member_extra_info/profile_image/787/005/5787.jpg)
![포인트:52771point (21%), 레벨:24/30 [레벨:24]](https://gujoron.com/xe/modules/point/icons/default/24.gif)
결국, 열교환이 이루어지는 형상을 비롯하여 물의 밀도 변화, 물이 언다는 말의 정확한 의미(표면동결? 부분동결? 전체동결?) 등의 차이에 따라 재현에 성공할 수도 있고 실패할 수도 있다는 뜻으로 추론되네요.
즉, 물의 특수한 온도조건과 전도-대류-복사의 복합적 열교환 형식에 따라, 그것도 냉동기의 형태, 용량, 성능, 등에 따라 실험결과가 예민하게 달라질 수 있다는 것. 아울러 음펨바 효과의 증명이 실용성 측면에서 별로 큰 의미가 없을 것 같다는, 그래서 발견의 가치를 포함하여 현실적으로 돈(?)이 될 가치가 별로 없겠다는 학자들의 영리함(?)이 결론을 맺지 못하는 이유가 아니겠는가 싶네요.
![프로필 이미지](https://gujoron.com/xe/files/member_extra_info/profile_image/681/008/8681.jpg)
![포인트:6525point (50%), 레벨:8/30 [레벨:8]](https://gujoron.com/xe/modules/point/icons/default/8.gif)
사실 이 문제는 아무것도 아닌 것 같지만
엄청난 파장을 불러올 수도 있소.
" 역설은 인간 진화의 등불이다..아제오록 중에서.."
천동설에서 지동설로..
그 오랜 인간의 시간동안..겨우 역설 한번 있었소.
뭐 과학에 국한되기도 하지만..
인류 문화 전반이 그 정도다..해도 할 말 없는거요.
해가 뜬다..
아니다 지구가 돈다..
지구가 돈다는 것을 밝혀내고 증명하는데 걸리는 시간과 노력..
사실 실용면에선 정말 허망한 짓이오. 왜?
해가 뜨는 것이나 지구가 도는 것이나 별 차이가 없소.
"해가 뜨는 것이 아니라 지구가 도는 것이라고? 허거거걱..큰일났네.."
이러고 집에 달려가 벙커에 숨는 짓은 쥐나 하겠지..그러질 않소.
그냥 먹던 고구마 마저 먹으며..그래서 어쨌다고 이 난리냐..이러질 않겠소?
하지만..인류 역사가 바뀌어 버리오.
좀 엉뚱하게 말하면 민주주의가 와버린단 말이오.
소수의 진짜는 천동설이 지동설로 바뀔 때 엄청난 감동을 받을 것이오.
그런 것이오..
역설..한번이 엄청나다는 것.
그러나 실용성에서는 아무 것도 아닌 것처럼 보인다는 것..
구조론..
으음..
역설이 무려 다섯번이오..
우찌 감당하려오..
![프로필 이미지](https://gujoron.com/xe/files/member_extra_info/profile_image/787/005/5787.jpg)
![포인트:52771point (21%), 레벨:24/30 [레벨:24]](https://gujoron.com/xe/modules/point/icons/default/24.gif)
역설에 역설에 .... 이렇게 다섯번 뒤집어지는 역설은 2**5 이니, 최소한 32차원 정도의 문제일게요.
이걸 한방에 해결하는 방법이 있소.
중간과정 다 거치면 머리에 쥐(?)만 끓을 뿐.
직관으로!
안쪽 뇌 굴리지 말고, 바깥쪽 뇌로다가.^^*
말은 쉽다! ㅎㅎㅎ
![포인트:27657point (52%), 레벨:17/30 [레벨:17]](https://gujoron.com/xe/modules/point/icons/default/17.gif)
heat transfer (열전달율)을 계산할때, dT/dt (시간당 온도변화)가 더 이론적입니다.
뜨거운 물 혹은 우유의 경우, dT/dt (기울기)가 미지근한 액체의 경우보다 큽니다.
단위 부피당 미지근한 물의 제한된 control volume (물을 둘러싼) 내에서의
열전달율이 더 크다는것을 보여주는증거아닌지.
![프로필 이미지](https://gujoron.com/xe/files/member_extra_info/profile_image/787/005/5787.jpg)
![포인트:52771point (21%), 레벨:24/30 [레벨:24]](https://gujoron.com/xe/modules/point/icons/default/24.gif)
음펨바 효과는 기존의 열전달이론으로 설명이 안된다는 것이 문제의 핵심입니다.
용기 바깥 표면에서의 전도-대류-복사는 물론 용기 내부에서의 열전달 현상 만으로는 설명이 안됩니다.
따라서, 기계공학적인 접근이 아니라 용기 내부에 담긴 매체 구성 인자들 간의 역학관계를 규명하는 접근방법이 새롭게 정립되어야 하는 문제 아닌가 싶습니다. 물질 및 에너지전달 관성법칙(Inertia Theory for mass and energy transfer) ? ^^*
어렵네요.
![포인트:27657point (52%), 레벨:17/30 [레벨:17]](https://gujoron.com/xe/modules/point/icons/default/17.gif)
Global Circulation Model에 파라메터를 넣어서 돌려보는것도 가능할텐데요...
지난 90년대에, 지구온난화가 가속되다보니, 자극적인 논문들이 많이 쏟아졌던게 사실입니다.
근데, atmospheric dynamics를 전공하시는 분들은 조심스러워하시더군요.
하긴, 지구 전체가 balance를 이루려는 힘이 지배적이니까요.
'환경'을 생각하는 것은 올바른 것이지만,
생태학이나, 계량가능한 쪽으로 데이터를 내어주고 예측쪽에 서는 것이 과학자의 본분이라고 봅니다.
여튼, '열전달'은 어려운 파트인데, 그게, thermodynamics와 관련되어있고, 어떻게 제한된 control volume을
잡는지와 관련있어서입니다.
근데, control volume 잡히고, governing equations들만 잡히면,
'해' (state variables)들은 구해집니다.
구해질수 있는 해쪽에 지식인들이 서 있어야합니다.
검색해 봤는데 재현에 성공했다는 사람도 있고 실패했다는 보고도 있네요.
◎ 열전도율이 낮은 용기를 사용해서 대부분의 열교환이 표면으로 이루어질 때 뜨거운 물이 차가운 물보다 빨리 어는 경우가 있다는 사실을 말하는 것일 뿐이다.
◎ 과학 잡지 뉴 사이언티스트는 이 현상을 확인하고 싶은 경우, 그 효과가 최대화되는 섭씨 35도과 섭씨 5도의 물로 실험할 것을 권장하고 있다.
◎ 과학 평론가 필립 볼은 2006년 Physics World에 기고하면서 "문제는 이 현상을 효율적으로 재현하는 것이 매우 어렵다는 데 있다. 이는 이 현상이 나타나기도 하고, 나타나지 않기도 하기 때문이다. 또한 만약 음펨바 효과가 올바르다고 해도, 현상을 해석하는 것이 일반적인 것에 그칠지, 아니면 훌륭한 발견이 될지는 분명하지 않다."라고 했다.
간단한 문제인듯 한데 왜 후딱 결론을 못 내리지?