숨어있는 열이란 무엇인가?

1장에서 살펴본 것처럼 수증기는 처음에는 보이지 않는 기체이나 점점 큰 액체 또는 고체 입자로 변하면서 비로소 사람 눈에 보이게 된다. 이러한 변화의 과정을 상태변화, 간단히 상변화라고 한다. 물과 같은 물질을 한 상태에서 다른 상태로 변화시키는데 필요한 열 에너지를 잠열이라고 한다.

 

 

예를 들어서 작은 물방울을 현미경으로 조사해보면 표면의 분자들은 끊임없이 증발한다. 에너지가 많을 수록 빨리 움직이는 분자들이 아주 쉽게 증발하므로 잔류 분자들의 평균 운동은 각 분자의 추가 증발에 따라 감소하게 된다. 온도는 평균 분자 운동을 측정한 것이기 때문에 운동 속도가 느려진다는 것은 물의 온도가 낮아진다는 것을 의미한다. 그러므로 증발은 냉각과정이라고 할 수 있다. 다시 말해 물의 상태를 액체에서 기체로 바꾸는데 필요한 에너지는 물이나 공기 등 다른 열원에서 빠져 나오기 때문에 증발은 곧 냉각 과정인 것이다.

 

 

증발에 따라 물이 빼앗긴 에너지는 수증기 분자 속에 "갇혀 있다" 고 말할 수 있다. 그러므로 이처럼 저장된 또는 숨어있는 상태의 에너지를 잠열이라 부른다. 그러나 수증기가 다시 액체의 물로 응결될 때 잠열은 사람이 느끼고 온도계로 측정할 수 있는 현열로 다시 나타나는 것이다. 그러므로 증발의 반대 현상인 응결은 승온과정이다.

 

수증기가 액체 방울들로 응결할 때 방출하는 열에너지를 응결잠열이라고 한다. 반대로 같은 온도에서 액체를 수증기로 변화시킬때 사용된 열에너지를 증발잠열이라고 한다.