열팽창율을 이용해 병뚜껑 열기

모든 물체는 열이 가하여졌을 때 늘어나거나 부피가 커지는 특성을 가지고 있습니다.
기체, 액체, 고체가 열을 받아 길이와 부피가 변하게 되는데 이처럼 물질이 열을 받아 팽창하는 것을 열팽창이라고 하고 열팽창에는 선팽창과 부피팽창이 있는데 선팽창은 온도에 따른 길이의 변화를 말하는 것이고 부피팽창은 고체나 액체의 온도 상승에 따른 부피의 팽창을 설명하는 것 입니다.

 

이때 온도가 1℃상승할 때마다 팽창하는 길이의 변화를 선팽창계수, 팽창하는 부피의 변화를 체팽창계수라고 하며 이것들을 열팽창 계수라고 말한다.
열팽창계수(thermal expansion coefficient)는 흔히 열팽창률과 동의어로 쓰입니다.

 

물질들은 저마다의 열팽창률을 가지고 있습니다. 어떤 물질은 온도에 민감하게 반응하여 변화하는 반면 어떤 물질들은 열을 가해도 거의 변화하지 않는 물질들도 존재합니다.
일반적으로 열팽창률은 고체보다 액체가, 액체보다 기체가 큽니다.
또한 같은 고체라고 하더라도 열팽창률은 모두 다릅니다.

 

열팽창계수 또는 열팽창률의 사례는 아래의 도표와 같습니다.

 

 

 

요즘 주방 보관용 용기 등에 많이 사용되는 파이렉스에 알루미늄뚜껑이 결합되어있고 잘 열리지 않는다는 가정을 예로 들어보겠습니다.

 

 

 

다소 생소해 보이는 파이렉스(Pyrex)에 대해 간단히 알아보면 다음과 같습니다.
파이프·온도계·오븐용기를 비롯해 화학기구나 각종 용기를 만드는 데 사용됩니다. 파이렉스는 화학적으로 붕규산염을 함유하고 있어 열을 받으면 보통 유리(규산염 함유)의 1/3 정도밖에 팽창하지 않습니다. 따라서 이것은 급속한 온도변화에도 잘 깨지지 않습니다. 또한 많은 약품에 대한 내성이 강해 전기절연체로도 사용됩니다.

파이렉스로 만들어진 섬유나 직물은 뛰어난 단열성을 가지며 불에 강하며, 때로 속명인 붕규산유리라고도 불립니다.

 

상단의 열팽창계수 도표를 보면 파이렉스에 비교해서 알루미늄의 열팽창률을 보면 상대적으로 상당히 높습니다. 따라서 용기는 파이렉스이고 뚜껑은 알루미늄으로 되어 있다면 잘 열리지 않을 경우에 앞에서 포스팅했던 탁구공 펴기와 같은 방법으로 뜨거운 물에 담궜다 빼면 됩니다.

그렇게 하면 알루미늄뚜껑은 아주 손쉽게 열리게 될 것입니다.

 

찌그러진 탁구공 펴기