겨울철에 패딩이나 털옷을 입으면 다른 옷보다 더 따뜻하다는것을 느낀다.
그러면 왜 패딩이나 털옷은 따뜻할까?
표면적과 열의 이동이 관련되어 있다.
아래 순서대로 하나 하나 알아 보도록 하자
1. 열의 이동
2. 패딩의 공기층
3. 패딩은 공기층을 어떻게 유지 하는가?
4. 털소재(캐시미어, 울)
1. 열의 이동
열은 움직임은 전도, 대류, 복사의 세가지의 원리로 움직인다.
전도(conduction)는 물질내에서 열이 전달하는 방식으로, 전도율이 높으면(대) 물질내에서 이동을 해도 온도가 유지된채로 이동하고, 전도율이 낮으면(소) 온도가 많이 떨어진다.
대류는(convection) 표면과 이와 다른 온도를 가지고 움직이고 있는 유체(공기 등) 사이에서 이동하는 열 전달 방식으로 전도보다는 열의 전달 속도가 늦고 온도차이가 작게 나타난다.
열 복사(thermal radiation)는 온도를 가지는 모든 표면이 전자기파의 방식으로 에너지를 방출함으로 인하여 일어난다. 중간매질이 없을 경우에도 서로 다른 온도의 두 표면사이에서 복사에 의한 열이 전달되고, 전도, 대류보다 복잡한 방식으로 열전달이 일어난다.
좀 더 자세한 내용은 아래 "열의 이동"에서 확인할수 있다.
Scandal 4. 창문이나 현관 문은 이중으로 한다.
창문은 이중창으로 현관문은 중문까지 설치하고 건물의 입구도 이중문으로 한다. 여기에는 여러가지 이유가 있겠지만 열의 이동 관점에서 아래 순서대로 파헤쳐 보기로 하자 1. 열의 이동2.
science-scandal.tistory.com
먼저 패딩이 열전도도와 무슨 관계가 있어 따뜻한건지 알아보자
2. 패딩의 공기층
패딩은 일반적인 옷의 전도현상을 거위털이나 오리털로 대류 현상으로 바꾸면서 외부의 찬기운은 내부로 열전달율을 느리게 하고 내부의 따뜻한 열기가 빠져 나가는것은 느리게 하는 역할을 한다.
그럼 패딩이 어떻게 대류현상으로 열 전달율을 느리게 하는 것일까?
일반옷은 대류가 아닌 전도 특성으로 외부의 온도가 그대로 전달되면서 체온과의 차이가 심해 추워진다. 물론 두꺼워지면 전도특성에 의해 온도가 상대적으로는 덜 떨어진다.
이에 비해, 패딩은 공기층을 유지하고 있어서 공기층의 대류현상으로 외부의 온도가 그대로 전달되지 않고 체온은 그대로 유지 할수 있게 한다. 이것은 패딩 두께가 두꺼울수록 외부의 온도와 더 크게 차이나고 체온을 덜 떨어지는 효과를 발생한다. 그래서 두꺼운 패딩일수록 더 따뜻하게 느껴진다.
3. 패딩은 공기층을 어떻게 유지 하는가?
패딩은 일반적으로 충전재를 채우는 방식으로 공기층을 유지한다.
그런데 충전재는 거위털, 오리털, 솜털, 깃털 다양하게 있지만 거위털이 비싸고 따뜻하다고 한다. 아래 그림에서 보듯이 왼쪽이 거위털(Goose Down)이고, 오른쪽이 오리털(Duck Down)이다. 사진으로만 봐도 거위털이 공기층을 더 크게 유지할수 있다는것을 알수 있다.
즉 패딩은 보온력은 공기층의 두께를 유지하는것이지 거위의 털이 꼭 필요한것은 아니다. 솜털에 대비해서 오리털이, 오리털 대비해서 거위털이 복원력이 크기 때문에 보온력을 유지할수 있다. 충전재의 복원력은 필파워(Fill-Power)로 표시하고 눌렀다 살아나는 복원력을 표시하는데, 필파워가 높을수록 눌렀을때 복원력이 높고 무게 대비 보온력이 뛰어나다는 의미이다. 즉 거위털과 동일한 필파워를 유지하기 위해서는 오리털이나 솜털은 많은 양을 넣어야 할수도 있다. 특히 솜털은 공기층을 유지하기 위해 많은 양을 넣게 되면 옷이 무거워지는 단점이 있다.
두꺼운 옷을 하나 입는것 보다 얇은 옷을 여러겹 입었을때 더 따뜻한 이유는 두꺼운 옷은 바로 전도에 의해 온도가 떨어지지만 얇은 옷 여러겹 사이 사이 공기층이 대류현상에 의해 온도가 떨어지는것을 방지 하기 때문이다.
4. 털소재(캐시미어, 울)
일반적으로 면보다는 울이나 캐시미어가 더 따뜻하다고 알고 있다
아래에서 보듯이 울보다 캐시미어가 더 가늘어서 가볍다. 그래서 캐시미어는 울보다 가볍고 fiber들이 많아지면서 단열효과가 높아지는것이다.
울이나 캐시미어는 곱슬한 크림프 구조속에 공기를 품고 있어서 따뜻한 열이 쉽게 바깥으로 빠져나가지 못하게 하고 공기층이 많이 있는 속이 비어 있는 중공사 형태는 외부의 찬공기를 차단할수 있다.
중공사의 공기층은 외부의 온도를 대류현상을 일으켜 온도 전위를 크게 유지할수 있는 원리 이다.
또한 얇은 fiber의 지그재그한 공기층 사이를 찬 공기가 지나가다보니 공기 저항으로 찬공기의 일부가 열에너지로 전환되어 찬공기의 온도가 높아지게 된다. 그래서 울보다는 캐시미어가 더 따뜻하게 된다.
패딩 모자의 털도 같은 원리다. 털이 있으면 찬공기가 털을 통과하면서 공기저항에 의해 열에너지로 전환되어 찬공기가 덜차게 느껴지지만 털이 없은 오른쪽의 경우는 찬공기가 그대로 얼굴로 전달되면서 더 차갑게 느낄수 있다.
털 유무에 따라 얼굴의 체감이 달라짐
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