에너지를 사용하지 않고 물체를 냉각하는 방법

Nov 24, 2023

레트 알랭

이번 여름은 기록상 가장 더웠으며, 아마도 계속 더워질 것입니다. 이제 에어컨은 있으면 좋은 것이 아니라 필수품이 되는 시점에 도달한 것 같습니다. 냉각 방법에는 여러 가지가 있지만 가장 일반적인 방법은 압축기와 냉매를 사용하는 것입니다. 그러나 이러한 기존 AC 장치는 수리가 어렵고 비용이 많이 들고 상당한 전력을 소비합니다. 2022년 미국의 경우 국가 에너지 사용의 10%가 공기 냉각에 사용되었습니다. 그것은 많은 것입니다.

우리는 열을 줄이는 대안적인 방법을 정말로 생각해 볼 필요가 있습니다. 물체의 온도를 낮추는 또 다른 방법이 있는데, 에너지나 연료도 필요하지 않습니다. 복사냉각이라고 합니다. 올바른 재료를 사용하면 물체가 흡수하는 것보다 더 많은 에너지를 방출하여 온도를 몇도 낮출 수 있습니다. 사실이라고 믿기에는 너무 좋아 보이지만 매우 멋진 물리학 아이디어 덕분에 가능합니다.

모든 것은 빛을 방출합니다. 이는 모든 것이 열 에너지를 전달할 수 있음을 의미합니다. 이상하게 들릴 수도 있지만 먼저 전구에 대해 생각해 봅시다. 물체가 빛을 방출하도록 하는 방법에는 여러 가지가 있지만 가장 간단한 방법은 물체를 매우 뜨겁게 만드는 것입니다. 이것은 전통적인 백열 전구에서 일어나는 일입니다. 전류가 전구 내부의 필라멘트를 통해 흐르고 필라멘트를 매우 뜨겁게 만들어 빛을 발하게 합니다. (그 온도는 화씨 3,600도 정도입니다.) 간단합니다. 그래서 그런 종류의 전구가 100년 이상 존재해 왔습니다.

하지만 감자나 좋아하는 신발, 문손잡이처럼 매우 뜨겁지 않은 것들은 어떻습니까? 그렇습니다. 그들은 또한 일종의 빛을 만들어냅니다.

빛은 전자기파이고 이 모든 파동은 빛의 속도(3 x 108m/s)로 이동하지만 파장은 다르다는 점을 기억하십시오. 이 전자기파의 파장이 400~700나노미터 사이이면 이를 가시광선이라고 부르며 사람의 눈으로 감지할 수 있습니다. 그 감자(상온에서)는 9.8마이크로미터에서 최대 강도의 전자기파를 생성합니다. 우리는 전자기 스펙트럼의 이 영역을 적외선이라고 부릅니다. 눈으로는 감지할 수 없지만 적외선 카메라로 이미지를 생성할 수 있습니다.

여기 내 강아지의 예가 있습니다. 그는 주변 환경보다 조금 더 따뜻하기 때문에 약간 다른 파장의 빛을 생성합니다. 이는 적외선 이미지에서 그가 배경에만 섞이는 것이 아니라는 것을 의미합니다.

안젤라 워터커터

줄리안 초카투

렉시 판델

윌 나이트

물체가 다른 물체와 열적 상호작용을 할 수 있는 방법에는 세 가지가 있습니다. 가장 일반적인 방법은 열전도를 이용하는 것입니다. 이는 온도가 다른 두 물체가 접촉할 때 발생하며, 차가운 탄산음료 캔을 손에 쥐고 있을 때처럼 열 에너지가 더 따뜻한 물체에서 더 차가운 물체로 전달됩니다. 캔이 따뜻해지고 손이 식습니다.

다음 열 전달 방법은 대류이며 가스 및 유체에서만 작동합니다. 공기를 예로 들어보겠습니다. 쿡탑과 같은 열원이 있다고 가정해 보세요. 스토브 버너 근처의 공기는 열전도 상호 작용을 통해 온도가 증가합니다. 이 더 뜨거운 공기는 이제 그 위의 차가운 공기보다 밀도가 낮습니다. 상승하고 더 차가운 공기가 그 자리를 차지할 것입니다. 그런 다음 뜨거운 공기는 천장과 같이 그 위에 있는 물체와 또 다른 열 전도 상호 작용을 가질 수 있습니다. 스토브에서 천장으로의 간접적인 열 전달은 대류입니다.

세 번째 유형의 열 상호작용은 복사입니다. 이것이 바로 우리가 정말로 원하는 것입니다. 뜨거운 물체가 적외선을 방출하면 해당 복사선은 다른 물체에 흡수될 수 있습니다. 이것이 바로 오븐이 작동하는 방식입니다. 요리하고 싶은 물건을 안에 넣으면 가열 요소가 매우 뜨거워져 열 복사가 발생합니다. (그렇습니다. 적외선도 마찬가지입니다.) 음식이 이를 흡수하여 온도가 상승합니다.