熱膨脹, Thermal Expansion
1 개요
물체가 열을 받으면 부피가 커지는 현상. 부피가 커지는 정도를 열팽창계수(熱膨脹係數) 또는 열팽창률이라고 부른다. 반대로 차가워지면 수축을 하게 된다.
부피가 커지는 정도는 고체 < 액체 < 기체 순으로 크며, 고체와 액체는 종류에 따라 열팽창계수가 달라지나, 기체는 똑같다.
2 실생활의 열팽창
- 2000년도 이전에 대한민국에 부설됐던 철도의 레일은 일부러 사이에 약간의 틈을 떼어놓았다. 레일을 딱 붙여놨다 여름[1]에 열팽창이 일어나면 레일이 변형·파괴되거나 레일 접합부가 위로 솟구쳐 열차가 탈선할 수 있기 때문이다. 기차가 지나갈 때 덜커덩덜커덩하는 소리가 나는 건 이 틈새를 건너갈 때 발생하는 충돌음이다. 2010년도 이후에 부설된 레일은 기술개발로 열팽창을 극복해 이 틈이 없다. 자세한 것은 레일항목 참고.
- 마찬가지 이유로 전선은 일부러 느슨하게 설치[2]하는데 겨울철에 추워지면 전선이 수축해 끊길 수 있기 때문이다. 다만 이것이 전부는 아니고, 강풍이 불거나 겨울철에 눈이 쌓이는 등 전선에 과도하게 힘이 걸려 단선이 되는 것을 방지하기 위한 것도 있고 전신주에 걸리는 장력을 줄이기 위한 목적도 있다. 가공전차선 등 항상 팽팽하게 당겨져 있어야 하는 전선은 도르래와 추를 사용해서 열팽창에 대응한다. 가공전차선 전신주에 달려 있는 콘크리트 원반이 이 장력조절용 추이다.
- 뜨거운 컵이나 토기를 갑자기 차가운 물에 담그면 균열이 생길 수 있다. 유리가 열팽창과 열수축을 견디지 못해 사이가 벌어지는 것이다. 이 현상을 억제한 파이렉스제 유리 식기는 제조 당시에 미리 뜨거운 유리를 제어된 환경 하에서 급랭시켜서 유리 전체가 미리 응력을 가지게 하여 이 현상을 막는다. 석영유리는 이런 프리-스트레스를 주지 않지만 전체가 균일한 결정 구조를 가지고 있어서 분자구조 자체가 응력에 견딘다.
- 집적회로를 실장한 PCB, 특히 BGA패키징에서는 이 열팽창 문제 때문에 바닥의 접점(솔더 볼)이 깨져 불량이 발생하기도 한다. 육안검사가 불가능하고 수리도 거의 불가능해(수리비가 새로 제조하는 가격보다 훨씬 비싸다) 반도체 기판 제조의 난이도를 높인다.
- 냉장고에 너무 오래 넣은 잼 뚜껑이 잘 안열릴 때 접시에 따뜻한 물을 약간 따른 뒤 잼병을 뒤집어서 뚜껑 부분만 물에 닿게 하면 열팽창으로 뚜껑이 늘어나면서 뚜껑과 병 사이의 틈이 커져서 쉽게 뚜껑을 열 수가 있다.
- 용접작업이 필요한 제품을 생산할 때에는 열팽창에 의한 뒤틀림을 고려하여 기존 설계치수보다 더 큰 자재를 이용해 용접 후 가공해야 정확한 치수를 얻을 수 있다.
- 찌그러진 탁구공을 뜨거운 물에 넣으면 원래 상태로 되돌아간다. 내부의 공기의 열팽창 때문이다.
- 바이메탈. 해당 항목 참고
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HK G36 열팽창을 생각하지않은 독일산 소총
3 창작물의 열팽창
3.1 투장 다이모스
다이모스의 열풍정권찌르기改는 프리저 스톰의 저온과 파이어 블리자드의 고온으로 열팽창 원리를 이용해 초탄성금속을 파괴하였다.
3.2 신세기 에반게리온
<마그마 다이버> 에피소드에서 소류 아스카 랑그레이가 화산 용암 속의 사도 산달폰과 싸우면서 에반게리온 D형 장비의 냉각제를 사용해서 외피에 금이 가게 만든다. 여담으로 에피소드 초반부에 이카리 신지가 공부를 하면서 열팽창을 중얼거려서 복선을 깔아놓고 있다.
3.3 어떤 마술의 금서목록
금서목록 금지어목록, 어떤 마술의 금서목록/비판 참조.열역학 관련 저서들이 금서목록에 포함이 되어있다 카더라
이 책에서 나온 열팽창의 수준을 총덕스럽게 비유하자면 "G36이 울 수준"이다
17 권에서 등장한 개드립. 카미죠 토우마가 비행기를 납치한 테러리스트 에카 루고니의 총에 커피를 뿌리자, 커피의 열로 총의 부품이 열팽창을 일으켜 사용할 수 없게 된다.네? 토우마는 자랑스럽게 열팽창으로 총을 못쓰게 만들었다고 소리치고, 테러리스트는 어이가 없어서 당황하다가 고등학생에게 처맞고 쓰러져 체포당한다. 정확히는 이후 스테일이 비행기에 구멍을 내서 테러리스트가 빨려들게 하여 막이 역할을 하게 만들고 들고 있던 수류탄으로 자폭하려 하자 토우마가 수류탄을 차버리면서 끝났다.
말도 안되는 장면이라고 죽도록 까인 장면. 사람들이 작가의 지능을 의심하게 만들었다.(…)
원래 총은 내부에서 화약이 폭발하는 장비이다. 총을 쏘게 되면 총기는 상당한 열이 발생해서 심하게 뜨거워진다. 당연히 내열과 내구성을 고려하여 만들어지고, 뜨거운 커피 뿌렸다고 바로 못쓰게 되는 총기는 실제 시장에서는 존재할 수가 없다. 대개 품질 검사 과정에서 탈락한다. 겉모양만 총에 가까운 쓰레기 같은 품질의 불량품이 아닌 다음에야 이런 일이 있을 수 없는 것이다. 그리고 이런 총이 만일 존재한다면, 권총을 위장한 수류탄에 가까운 물건이 되버린다. 커피 따위 뿌렸다고 못쓰게 되기 전에 격발을 하자마자 화약의 폭발력을 못 견디고 약실 채로 외피가 터지면서 본인이 끔살당한다.
구체적으로 따지고 들어갈수록 더욱 말이 안 되는데, 1m의 스테인레스 스틸을 0도에서 100도로 가열했을 때의 팽창량은 1.73mm에 불과하고, 7cm인 총기라면 학원도시의 총은 금속으로 만들지 않는다고 언급은 하지만..... 참0.1211mm 밖에 늘어나지 않는다. 흔히 보는 샤프심의 4분의 1정도 두께. 고작 이 정도로 망가지는 총이란 대체 뭐란 말인가? 게다가 열팽창이 일어난다 해도 금속원자들의 배열상 부피팽창으로 증가되는 부품의 틈새를 누르는 실제 항력은 단순 팽창률에 의한 예상보다 더욱 적다. 금속 링을 가열한다고 내경이 좁아지거나 하는 게 아니라 내경과 외경이 모두 늘어나는 이치 때문이다.세계가 뒤틀려서 그렇다 사실 L85를 모습만 바꿨다고 한다 고만해 미친놈들아
물을 끓이는 커피의 온도는 높아봐야 섭씨 100도, 그나마 비행기 안이면 대기압 때문에 끓는 온도는 낮아지고, 열전도 떄문에 100도씨의 물을 뿌렸다고 바로 100도씨가 되는 것도 아니다. 즉, 뜨거운 커피 정도로는 사실상 열팽창 효과 자체를 기대할 수 없다. 어쩔 수 없이 커피를 뿌려야 한다면 차라리 테러리스트의 얼굴에라도 던지는 쪽이 나을 것이다.
글록의 경우 으깬 감자속에 넣고 구워도 격발만 잘 된다(...).
군대 가면 보는 K5 권총조차도 얼음에 얼려놨다가 산탄총으로 쏜 뒤 토치로 굽고 다시 얼음물에 넣어도 잘만 나간다. 참고로 영상의 총은 K5의 미국 수출용 제품인 'Lionheart LH9'. 예시로 든 것들 외에도 대부분의 권총이 극한상황을 가장한 고문테스트는 기본적으로 탑재하고 나온다. 고작 뜨거운 커피에 작동불량이 생길 정도로 시판되는 권총들의 내구성/신뢰성은 절대 만만하지 않다. 말도 안 되는 장면이므로 절대로 따라하지 말자. 라이트노벨 주인공 보정을 받지 않고 있는 이상 총 맞아 죽는다.애당초 평범하게 한국에서 살아가면 따라 할 일이 없잖아 은행에 강도 들어오면 총에다가 커피 뿌리고는 "열팽창이라는걸 알고 있어?"[3]
게다가 주인공인 카미죠 토우마는 "열팽창이라는걸 알고 있어?"라고 득의양양하게 소리치고 있으니 그야말로 병맛이 폭풍처럼 휘몰아치게 되었다.
이 장면이 나중에 애니메이션에서 나오게 된다면 어떻게 처리하면 좋을지 많은 사람들이 기대(?)하고 있는 장면이다. 평행세계로 갑시다 굳이 이걸 어떻게든 하자면 커피와 열팽창 이라는대사 자체를 삭제해서 없애버리고, 그냥 기습적으로 달려가서 맨주먹으로 때려잡는게 그나마 가장 나은 선택이다.(…) 아니면 컵이나 커피로 후려패든가 액셀러레이터의 지구자전펀치(...)도 그냥 아파트를 뽑아 던지는 걸로 바뀐 걸 생각하면 이게 가장 현실적이다.
그렇게 어떤 마술의 금서목록 애니메이션 3기는 나오지 않았다고 한다. 이부분 때문에 3기가 나오지 않는다고 카더라
참고로, 신약 6권에서 레이비니아 버드웨이가 한발만 장전 되는 총을 쓰려 하자 뛰어 가서 제압하려다 페이크로 총알이 들어 있지 않아서 역으로 당한 후, 버드웨이가 총알을 넣고 쏘자 미사카 미코토가 자력으로 총알을 빗나가게 했다.