수증기
1. 개요
'''수증기'''(水蒸氣, water vapor)는 물의 기체 상태를 말한다.
액체 및 고체 상태의 물 표면에서는 그 온도에 거의 관계없이 끊임없이 물 분자가 떨어져 나가고, 또한 반대로 물 표면으로 들어온다. 이 떨어져 나간 것들이 수증기다. 이런 이유로 물이 풍부한 지구 표면의 거의 모든 대기는 수증기-물 분자를 포함하고 있다.[1]
한편 1기압, 섭씨 100도가 되면 모든 물 분자가 기체 상태가 될 수 있는 에너지를 가지며 물의 전체가 수증기로 변한다. 그러나 현실적으로 물을 끓일 때는 전체가 동시에 100도에 도달하기 힘들고 따라서 열원에 가까운 곳인 아래쪽에서 주로 기체로 전환되어 수증기가 만들어진다.
수증기가 되면서 부피가 대략 1680배 늘어나므로 닫힌 용기 속이라면 주위 벽에 엄청난 압력을 가하게 된다.[2] 이것이 없었다면 증기기관은 발명되지 못했을 것이다. 당장 이거 없으면 아예 안 돌아가는 발전소도 수두룩하다. 또한 많은 터빈을 사용하는 엔진이 물을 가열하여 나오는 수증기의 압력으로 터빈을 돌린다.
이산화탄소나 메테인만큼 크진 않지만,[3] 수증기도 '''온실효과'''를 일으킨다. 먼 훗날 지구가 금성처럼 되게 하는 유력한 원인 중 하나다. 이산화탄소는 그 후의 문제이다.
보통 주전자 같은 데서 하얗게 올라오는 김을 수증기로 오해하는 경우가 있는데 김은 수증기가 찬 공기와 만나 응결되어 생긴 '''물방울'''이다(액체). 수증기일 때는 가시광선과는 상호작용을 거의 하지 않으므로 투명하다.
착각하기 쉬운 사실인데, 수증기의 온도는 항상 100도가 아니다. 물이 액체에서 기체로 변하는 상변화 지점이 1기압 100도인 거지 수증기는 거기서 더 가열될 수 있다. 산업용 보일러는 300도까지 가열된 수증기를 사용하기도 한다. 얼음도 1기압 0도에서 '''얼기 시작하는''' 것이지 영하 100도짜리 얼음도 충분히 만들 수 있다. 액체질소속에 얼음을 담가놓고 충분히 기다리면 영하 197도짜리 얼음이 되는 것이다. 액체헬륨이 극저온냉각제로 사용되는 이유는 액체헬륨의 상변화지점이 영하 230도 부근이라서 다른 물질의 온도를 그만큼 낮춰주기 쉽기 때문이지 다른 물질을 그만큼의 온도로 냉각시키지 못해서가 아니다. 반대로 100도 미만의 수증기도 있다. 아니 사실 공기 중의 습도라는 지표만 봐도 알 수 있지만 수증기는 상온에도 존재한다. 상변화지점도 100도 미만으로 낮출 수 있다. 기압만 낮춰주면 된다.
단, 수증기를 1억 도씩이나 되는 온도로 가열해버리면 그때는 압력과 상관없이 플라즈마가 된다.
수증기도 물분자로 이루어진 물질이기 때문에 높은 비열을 갖고 있다. 물보다 부피가 1680배 크기 때문에 부피당 에너지는 물보다 훨씬 낮지만 같은 상의 기체분자들끼리 비교하면 분명히 수증기 쪽이 에너지가 높다. 충분히 고온의 수증기를 쐬면 종이 같은 건 불이 붙을 수도 있다! 다시 한 번 말하지만 수증기의 온도는 항상 100도가 아니다!
2. 화상의 위험성
뜨거운 물로 인한 열탕화상도 정말 위험하지만, '''수증기 화상은 그것보다 훨씬 끔찍하다. 조심하자.''' 특히 산업현장에서 수증기로 인한 화상 환자가 종종 발생한다. 냄비나 주전자 등 끓는 물에서 나오는 수증기도 조금만 잘못 접촉하면 적지 않은 화상을 입을 수 있다.
수증기는 피부에 닿으면서 피부의 온도에 따라 급격히 물로 바뀌게 된다. 즉, 그 '''액화열'''이 그대로 사람의 몸에 상처를 주는 것이다. 그리고 수증기는 물에 비해 온도도 높고 압력과 양이 많아 훨씬 넓은 면적에 손상을 입힌다. 그렇기 때문에 수증기를 뒤집어 쓴 사람의 몰골은 정말로 끔찍하다. 옛날 발전소 사고 때 전신에 고압수증기를 뒤집어쓴 사망자를 본 의사의 말로는 인간이 아니라 삶은 새우 같았다고 한다.
1997년 영화 '''<타이타닉>'''에 이와 관련한 장면이 있다. 제일 먼저 침수가 시작된 보일러실[4]의 불타는 석탄과 며칠 동안 달궈진 쇠에 바닷물이 접촉하면서 엄청난 속도로 수증기가 만들어지는데, 하필이면 그 앞을 달려가던 화부 한 명이 그 수증기를 뒤집어쓰며 끔찍한 비명을 지르는 장면이 있다. 짧지만 분명하게 묘사되며, 이 영화의 디테일함을 엿볼 수 있는 수많은 장면들 중 하나이기도 하다.
찌개나 때로는 라면을 끓이고 있다는 것을 잊고 다른 것에 열중하다가 다 태워 먹는 경우 불붙지 말라며 물을 뿌리는 경우가 있다. 이럴 경우 위에서 말했다시피 뿌리는 순간 물은 수증기가 되어 1680배 이상 커진다. 그러면서 얼굴과 팔에 닿으면 그대로 화상입고 한동안 고통스럽게 살아야 한다. 또 다 나아도 흉터가 심하게 나고, 뜨거운 냄비에 함부로 물을 부었다간 열로 인해 팽창했던 냄비가 급격히 냉각되면서 깨질 수 있고 이로 인해 상처를 입는 경우도 많으니 조심하자. 이럴 때는 일단 불부터 끄고 환기를 시켜 신선한 공기로 냉각을 시킴과 동시에 연기와 재를 내보내는 편이 좋다.
또 물이 수증기로 되면서 1680배 이상 팽창한다는 것이 큰 위험을 부르는 경우는 튀김요리 도중 불이 났을 때다. 끓는 기름에 불붙었다고 무작정 물을 뿌릴 경우 물은 기름보다 비중이 무겁기에 기름의 밑으로 들어감과 거의 동시에 기름의 끓는 열에 의해 기화[5]하면서 1680배로 팽창한다. 문제는 기름은 기화되지 않아서 '''불 붙은 채로''' 같이 튀어 오른다. 말 그대로 '''폭탄'''이 되는 셈이다. 기름 화상의 경우 평생 가기 때문에 절대로 금기시되는 행위로, 만약 튀김요리 도중 불이 나면 마요네즈를 뿌려야 한다.[6] 아니면 뚜껑을 덮어 질식소화를 해도 된다.
3. 기타
김은 애니메이션에선 온천신이나 샤워신을 찍고 있을 때 중요 부위를 가리는 수위조절장치로 애용된다. TV 방영 당시엔 있지만 DVD로 발매될 땐 사라지기도 한다.
스팀펑크물인 사쿠라 대전의 세계에서는 이거 없으면 전 세계가 기능을 정지한다. 현대에서의 전기와 비슷한 역할을 하고 있다. 사실 스팀펑크라는 장르 자체가 증기기관 없이는 성립하지 않는다.
그리고 수증기는 모든 기상 악화의 주범으로 꼽힌다.[7]
그리고 수증기는 인체의 눈으로 보이지 않는다. 그래서 비가 만들어지는 과정이 보이지 않는것이다
3.1. 관련 문서
[1] 역으로 지구의 거의 모든 표면에는 극미량의 물 분자에서 두꺼운 물층 범위에 해당하는 물 분자가 존재한다.[2] 1680배라고 하면 대단해 보이지만 3차원 공간 상에서 평균 분자 간 거리가 12배 늘어나는 정도이다. (1680의 "1/3"승 = 11.89). 이렇게 보면 별 것 아닌 것처럼 보이기도 한다.[3] 실제 효과는 크지만 비가 되어 양이 조절되기 때문이다.[4] 거의 전체가 쇳덩어리인 보일러실은 무게중심을 고려하여 배의 가장 밑바닥에 위치한다.[5] 기름이 물보다 끓는점이 대략 3배 정도 높다.[6] 소화기를 쓰면 안 되냐는 사람들도 있다. 이럴 경우 불이 꺼지긴 한다. 다만 기름의 온도를 낮출 방도가 없다면 다시 저절로 불이 붙는다. 물이나 이산화탄소 대신 거품을 분사하는 소화기를 쓰는 것이 제일 효과적이지만 상대적으로 찾아보기 쉽지 않다.[7] 특히 한반도 주변의 수증기는 전세계에서 가장 강력하다.