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[소년중앙] 흔들면 따뜻해지는 손난로 주머니, 더 유용하게 쓰려면

중앙일보 2020.01.20 10:00
‘과학, 실험, 으악 따분해!’라고 느낀 적 있나요. 이제 걱정하지 말아요. 소년중앙이 집에서 준비할 수 있는 물건으로 재미있는 실험을 시작합니다. 초등학교 과학 연구 교사 모임 아꿈선(www.아꿈선.com)과 함께하는 소꿈연구실이에요. 소꿈연구실에서 가벼운 실험을 하나씩 성공하다 보면 과학과 친해질 수 있을 거예요. 차근차근 따라 해 보고, 소년중앙 홈페이지(sojoong.joins.com)에 인증도 해봅시다.
 

오늘의 실험

소중 아꿈선

소중 아꿈선

장갑 위에 손난로를 붙이는 '손난로 장갑' 설계하기 (5학년 2학기 3단원 10, 11차시)
 

준비물

도화지·색연필·사인펜·연필·지우개

 

실험 순서

① 우산·손난로 등 다양한 날씨 용품의 개선할 점을 생각해 종이에 적어 봅시다. 선생님은 핫팩, 이른바 일회용 손난로를 들고 다니는 게 불편해요.
② 개선할 점을 보완해서 만들 날씨 용품을 생각해 볼까요. 늘 주머니에 핫팩을 넣고 다니면 손이 필요할 때 바로 쓸 수 없어 불편하고요. 주머니가 늘어날 수도 있죠.
③ 나만의 날씨 용품 설계하기. 자신의 손 크기에 꼭 맞는 손난로 장갑을 만들기 위해 설계도를 그려 봐요. 선생님은 장갑 위에 주머니를 달고 주머니 위에 단추를 달아 손난로를 넣었을 때 떨어지지 않도록 만들 거예요. 손을 주머니에 넣지 않아도 항상 따뜻하겠죠. 장갑을 만들 때 어느 정도의 크기로 만들지 책정해서 적는 것도 좋겠죠.
 

오늘의 개념. 손난로와 패딩

 
손발이 꽁꽁 얼어붙을 듯 추운 겨울, 주머니에 간편하게 넣어 다닐 수 있는 손난로, 속칭 핫팩에 손이 가죠. 핫팩은 뜨거운 주머니란 뜻으로, 열기를 발산하는 손난로예요. 작동 원리에 따라 충전식, 철 산화식, 목탄식, 액체식 등 종류가 다양하죠. 여러분이 주로 들고 다니는 흔들어 쓰는 손난로는 철 산화식입니다. 부직포 주머니에 철가루가 들어있는 형태로 밀봉된 핫팩을 뜯으면 열을 내요. 핫팩에 철가루라니 깜짝 놀란 친구들이 보이는 듯 한데요. 핫팩의 기본 원리는 철의 산화·환원 반응입니다. 핫팩의 부직포 주머니에는 철 가루, 활성탄, 소금이 들어 있습니다. 철 가루는 공기 중 산소와 접촉하면 산화 반응을 일으켜 열을 발산합니다. 일상에서 비슷한 현상을 볼 수 있죠. 쇠에 녹이 스는 건데요. 다만 녹이 스는 것은 오랜 시간 천천히 일어나기 때문에 뜨거운 걸 느낄 순 없었겠죠. 여러분이 사용하는 철 산화식 핫팩은 철 가루가 단시간에 녹슬도록 만든 겁니다. 오래 만지면 부직포에서 미세한 산화철 입자가 새어 나오기 때문에 손에서 쇠 냄새가 날 거예요. 소금·활성탄은 반응 촉진 물질로 철 가루가 빨리 반응하게 하죠. 부직포 주머니의 미세한 구멍 역시 공기가 들어가 빠른 반응을 돕습니다. 핫팩을 흔들면 공기가 철에 더 많이 접촉하며 산화·환원 반응이 많아지니 금세 뜨거워지죠. 사용 가능 시간은 줄어듭니다.



일회용 손난로를 계속 쓸 수 있을까
 
개봉된 핫팩은 철 가루가 전부 녹이 슬 때까지 반응을 지속하며 열을 발산해요. 지속시간은 핫팩의 중량에 따라 보통 8~15시간이에요. 얼핏 긴 시간 같지만 핫팩을 쓰지 않을 때도 멈추지 않기에 짧게 느끼기도 하죠. 핫팩을 더 오래 쓸 수 있다는 걸 알고 있나요. 앞서 설명한 핫팩의 원리를 잘 이해했다면 멈추는 방법을 눈치챘을 거예요. 핫팩이 산화 반응을 일으키려면 기본적으로 공기와 접촉이 필요하죠. 그렇다면 핫팩을 공기와의 접촉으로부터 차단하면 어떨까요. 핫팩의 산화 반응은 멈추고, 열을 발산하지 않을 거예요. 공기가 안 통하도록 비닐로 꼭 묶어두면 금세 식어버리는데 편하게 지퍼백을 사용할 수 있죠. 보다 오래 지속하는 핫팩을 사려면 중량을 꼭 확인하길 바라요. 중량이 핫팩의 온도와 지속시간을 결정하거든요.
 
닭털 패딩이 없는 이유
 
겨울엔 롱패딩도 많이 찾죠. 숏패딩은 어쩐지 아쉽고, 여러 벌을 구매하고 싶어도 가격이 부담되죠. 패딩의 원리를 알면 비싼 패딩을 여러 벌 찾지 않아도 됩니다. 패딩의 보온 원리를 한 단어로 요약하면, 단열이에요. 패딩 소재들이 일종의 공기 벽 역할을 해 외부 찬 바람이 안으로 들어오거나 체온으로 데운 열이 밖으로 빠져나가는 걸 막죠. 옷감 안쪽에 공기층이 많고 진공 상태에 가까울수록 보온 효과가 크죠. 패딩의 보온 역할을 하는 건 털이 아니라 공기인 셈인데요. 이른바 충전재라고 부르는 패딩의 털 소재가 공기층을 어떻게 만들까요. 거위나 오리의 날개·다리에서 뽑은 깃털은 길게 뻗어 있고요. 턱밑에서부터 가슴까지 이어지는 부위에서 뽑는 솜털은 동그랗게 말려 있죠. 동그랗게 말린 솜털은 서로 얽히면서 빈 공간 사이사이에 여러 겹의 공기층을 형성해 긴 털보다 보온성이 좋아요. 일반적으로 거위털이 오리털보다 좋다고 하는 건 거위의 턱밑에서부터 가슴까지 이어지는 부위의 솜털 함유량이 오리보다 높고 공기층을 잘 형성하기 때문이죠.
 
닭털은 어떨까요. 육지에만 사는 닭은 물에 들어가지 않기 때문에 털이 보온재로 쓸 만큼 따뜻하게 진화하지 않았어요. 닭털 패딩, 비둘기털 패딩 등이 없는 이유죠. 더 추운 곳에 사는 거위·오리는 살아남기 위해 더 따뜻하고 가벼운 깃털을 갖게 진화했어요. 물에 자주 들어가기 때문에 물어 젖어도 금세 원래 모양을 갖죠. 패딩은 보온력이 뛰어난 추운 지방 물가에 사는 새에서 나오는 털로 만들어져요. 모든 거위·오리의 털들이 패딩의 충전재로 사용되는 것은 아니에요. 생물은 환경에 적응하게 되면서 조금씩 변하게 되므로 같은 오리라고 해도 환경에 따라 털의 형태와 보온력이 다르죠. 최근에는 동물 털이 아니더라도 좋은 인공충전재가 개발·사용되고 있으니 한번 살피길 바라요.
 
정리=강민혜 기자 kang.minhye@joongang.co.kr, 도움말=김선왕 아꿈선 영상팀장
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