하루 한 권, 생활 속 열 과학

가지카와 다케노부 지음 | 김현정 옮김

드루 2024년 05월 03일 출간 종이책 : 2023년 07월 31일 출간

작품소개

책소개

과학 이론을 탐구하다 보면 알게 된다. 과학은 아주 흥미롭지만, 다가가기에는 너무 심오한 학문이라는 것을. 이와 같은 이유로 우리는 학교 졸업과 동시에 수학이나 과학에 등을 진다. 누군가는 재미있어 보이지만 너무 어렵다고 말하고, 또 누군가는 써먹지도 못하는 것을 왜 알아야 하냐고 묻는다. 그래서 준비했다. 재미있어 보이기는 하는데, 써먹지 못했던 ‘과학’을 일상의 영역으로! 나의 오늘이자 내일인 ‘일상’과 우주 정거장에서나 쓸모 있을 법한 ‘과학’이 공존할 수 있는 단어였던가?

사실 우리는 우리도 모르는 사이에 과학의 세계에서 살아가고 있다. 나도 몰랐던 ‘나의 과학적인 일상’을 하루 한 권 시리즈를 통해 들여다 보자. 새로운 세계가 펼쳐질지도 모른다. 또한, 과학을 이해하기 위한 언어인 ‘수학’까지도 일상의 영역으로 가지고 와 단순한 언어로 아주 쉽게 배울 수 있도록 차례를 구성했다. 몰라도 살아가는 데 아무 문제 없지만, 배우면 훨씬 더 교양 있는 ‘일상 과학’의 영역을 탐험하자! 언제 어디서나 가볍게, 한 손에 들어오는 ‘작은 노력’으로 커다란 지식의 즐거움을 누릴 수 있을 것이다.

〈하루 한 권, 일상 속 열 과학〉은 열에 대한 모든 것을 분야별로 자세하게 알려주는 책이다. 과거 인류는 나뭇가지의 마찰열을 이용해 불을 피웠고, 현재 인류는 추울 때 보일러의 열을 통해 체온을 지킨다. 또한, 더울 때는 땅에 물을 뿌려 기화열을 이용해 더위를 식히기도 한다. 그렇다면 물체를 비비면 왜 열이 발생할까? 보일러와 에어컨은 어떠한 원리로 작동하며, 마당에 물을 뿌려두면 왜 주변이 시원해지는 걸까? 각 페이지마다 곁들여진 일러스트와 함께 이러한 의문을 속 시원하게 해결할 수 있다. 누구나 궁금해할 만한 생활 속 열의 미스터리부터, 제조 산업과 우주에 관련된 전문적인 정보까지. 열에 관한 의문이 생긴다면 언제 어디서든 이 책을 펼쳐 보자.

목차

들어가며

제1장 열의 기초와 사소한 의문
1-1 온도는 어떻게 결정되었을까?
1-2 태양열은 지구에 어떻게 도달할까?
1-3 북극과 남극은 왜 추울까?
1-4 지구의 열은 어디에서 생기는 걸까?
1-5 온천은 빗물일까, 바닷물일까?
1-6 대기의 열과 번개의 관계
1-7 후지산 정상에서 밥을 지을 수 있을까?
1-8 온실효과의 비밀
1-9 열섬 현상이란?
1-10 해풍은 왜 일어날까?
1-11 심해의 해수 온도는 몇 도일까?
1-12 화석연료란 무엇일까?
1-13 핵에너지란?
1-14 재생 가능한 ‘열’에너지는 사용할 수 있을까?
1-15 왜 철이 유리보다 빨리 열을 전달할까?
COLUMN 1 열 과학의 발전 과정

제2장 생활 속 열의 미스터리
2-1 왜 물건을 비비면 열이 발생할까?
2-2 물체가 연소하려면 어떤 조건이 필요할까?
2-3 왜 햇볕을 쬐면 따뜻할까?
2-4 에어컨은 왜 난방이 가능할까?
2-5 바닥 난방을 도입하고 싶은데 장점이 있을까?
2-6 전기 고타쓰의 온기에 대한 비밀
2-7 단열 커튼의 특징은?
2-8 결로를 방지하려면?
2-9 왜 ‘히트 테크’는 온기를 유지할 수 있을까?
2-10 어떤 윈드브레이커를 선택해야 할까?
2-11 니크롬선에 전류를 흘려보내면 왜 발열할까?
2-12 화재 발생 시 안전한 대피 방법은?
2-13 라디에이터는 어떤 역할을 할까?
2-14 폐열을 재이용할 수 있을까?
2-15 냉방의 구조는?
2-16 면 냉방이란?
2-17 언제 땅에 물을 뿌리면 좋을까?
2-18 더울 때는 셔츠를 입으면 시원할까?
2-19 시원한 섬유란?
2-20 보냉제의 정체는?
COLUMN 2 에너지의 형태

제3장 주방에서 활용하기 좋은 열 사용법
3-1 ‘구이’ 요리의 장점은?
3-2 비장탄으로 구우면 맛있어지는 이유는?
3-3 ‘찜’ 요리의 장점은?
3-4 증발과 끓음의 차이점은?
3-5 ‘끓이는’ 요리의 장점은?
3-6 ‘볶음’ 요리의 장점은?
3-7 ‘튀김’ 요리의 장점은?
3-8 ‘훈연’의 장점은?
3-9 질냄비를 활용하고 싶은 이유는?
3-10 압력솥을 추천하는 이유는?
3-11 IH 조리기는 어떻게 가열할까?
3-12 전자레인지는 어떻게 가열할까?
3-13 요리 재료를 냉동 보관할 때 알아 둬야 할 사실
3-14 물은 0℃ 이하에서도 얼지 않을 때가 있을까?
3-15 냉장고의 구조는?
3-16 식재료의 가장 좋은 해동법은?
COLUMN 3 ‘언 발에 오줌 누기’처럼 물을 붓는다면

제4장 인간ㆍ동식물과 열의 관계
4-1 왜 체온이 필요할까?
4-2 체내의 열에너지는 누가 만들까?
4-3 땀을 흘리는 효과는?
4-4 동물들의 추위 대책은?
4-5 식물의 온도 조절법은?
COLUMN 4 열에 필요한 ‘3R’

제5장 제조 산업에 이용되는 열
5-1 금속 결정을 재생할 수 있을까?
5-2 열을 스위치로 이용할 수 있을까?
5-3 형상 기억 합금은 왜 원래 형태로 돌아갈까?
5-4 물질의 네 번째 상태인 ‘플라스마’란?
5-5 ‘열이 일을 한다’는 것은?
5-6 엔트로피란?
5-7 열을 100% 일로 바꿀 수 있을까?
5-8 스털링 엔진이란?
5-9 증기로 발전하는 구조란?
5-10 가솔린 엔진과 디젤 엔진의 차이점은 무엇일까?
5-11 열을 바로 전기로 바꿀 수 있을까?
5-12 태양열을 모으자
5-13 지열로 전기를 만들 수 있을까?
5-14 바람으로 열을 만드는 풍력발전기
5-15 5000℃의 열을 만들려면?
5-16 열교환기란?
5-17 금속보다 빨리 열을 전달하는 히트파이프
5-18 아날로그? 디지털? 온도계 이야기
5-19 온도 분포를 영상화한 적외선 서모그래프
5-20 전기로 냉각시키는 열전소자란?
5-21 열로 수소를 만들 수 있을까?
22 고온의 열을 축적하려면 어떻게 해야 할까?
23 열을 옮길 수 있으면 편리하지만
COLUMN 5 신비로운 열용량

제6장 우주와 열의 이야기
6-1 우주 열의 기원은?
6-2 우주 공간의 온도는 몇 도 정도일까?
6-3 태양열은 어떻게 만들어질까?
6-4 우주에 있는 물질의 표면 온도는 몇 도 정도일까?
6-5 우주에서는 전원을 어떻게 할까?

주요 참고 도서

책 속으로

열은 보이지도 않으면서 다양한 물질에 작용하여 변화를 일으키는 신비로운 존재입니다. 이러한 시선에서 보면 열은 어디에서 나오는지, 어떻게 물질의 형태나 작용에 영향을 주는지, 물질과 물질 사이를 어떻게 이동하는지 등 의문이 끊이지 않습니다.
-3쪽


온도는 열의 세기를 나타내는 기준으로, 물의 끓는점과 녹는점 사이를 100등분 하여 1°C가 정해졌습니다. 절대온도 0(K)은 온도의 하한으로 상한은 없습니다. 물질의 성질과 온도의 관계를 숫자로 나타내는 것은 지동설로 유명한 갈릴레오 갈릴레이의 아이디어였습니다.
-11쪽

한여름의 도로는 온도가 50℃ 이상 올라 그 위의 공기 온도도 40℃ 이상으로 높아집니다. 열로 달궈진 공기는 가벼워져서 상승하고 상공에서 차가워지면 저기압을 형성합니다. 이러한 이유로 바다에서 육지로 바람이 불어와 주변을 시원하게 해 주는데 이때 부는 바람을 해풍이라고 합니다. 얼마간 해풍이 불면 기압 차가 없어져서 바람이 멈춥니다.
-28쪽


마른 나무를 서로 비비면 뜨거워집니다. 남들보다 호기심 강한 어떤 사람이 이 동작을 끈기 있게 계속한 결과 나무에 불이 붙어, 인간이 스스로 불을 피울 수 있게 되었을 것입니다. 무려 수만 년 전, 인류가 문명을 발달시킬 중요한 수단을 손에 넣은 순간입니다.

-42쪽

땀이 증발하여 수증기가 됐을 때 물 입자 크기는 0.0004μm 정도로 안개비의 물방울 0.1mm와 비교하면 약 25만분의 1 크기입니다. 즉 땀의 수증기는 빠져나갈 수 있지만 안개비는 통과할 수 없는 크기의 구멍이 다수 있는 막을 최대한 저렴하고 간단하게 만들 수 있으면 됩니다. 공기 분자가 통과할 수 있으면서도 물 분자는 통과할 수 없는 크기의 구멍을 만들어낼 수 있다면 충분한 단열 효과를 기
대할 수 있을 것입니다.
-61쪽

더운 실내에서 살갗을 드러낸 채 있으면 땀이 피부 표면에서 증발하기 때문에 증발열이 몸의 열을 빼앗아 시원해집니다. 피부를 덮은 땀을 계속 닦아내면 증발열이 직접 피부를 시원하게 해 주지만, 땀을 닦아내지 않으면 땀이 표면 장력으로 피부를 덮어서 효율이 떨어집니다.
-76쪽

물이 0℃ 이하에서도 얼지 않는 상태가 있습니다. 이 현상이 일어나는 이유는 0℃ 이하라고 하더라도 물 분자 집단이 일시적으로 안정적인 상태에 머물러 있기 때문입니다(준안정상태에 있다고 함). 이 상태를 과냉각이라고 합니다. 이 상태는 견고하지 않아서 과냉각수에 외부의 진동과 같은 물리적인 자극이 가해지면 즉시 원래의 안정적인 상태인 얼음으로 바뀝니다.
-110쪽

기체는 원자 또는 분자가 입자로 돌아다니는 상태인데, 온도를 더 올리면 분자는 분리되어 원자가 되고 결국 원자 속의 전자가 떨어져 나가게 됩니다. 이 변화를 전리라고 하며, 전리에 의해 생긴 하전 입자가 포함된 기체를 플라스마(전리기체)
라고 합니다.
-136쪽

물을 가열하여 고온ㆍ고압의 수증기로 바꾼 다음 이 수증기를 진공에 가까운 곳에서 분출시켜 터빈을 돌리고, 터빈에 연결한 발전기로 전기를 만듭니다. 터빈을 돌린 후의 수증기는 해수와 같은 차가운 물로 냉각되어 수증기가 갖고 있는 열을 해수로 보냄으로써 원래의 물로 돌아가게 됩니다.
-146쪽

작가정보

저자(글) 가지카와 다케노부

1942년 도쿄 출생. 나고야 대학 대학원에서 공학 연구과를 수료하였으며, 에너지 변환 공학이 전문 분야인 공학 박사이다. 통상산업성(현 경제산업성) 전자기술 종합연구소(현 독립행정법인 산업기술 종합연구소)를 거쳐 쇼난 공대까지 42년간 열전발전 등 신발전 기술을 연구ㆍ개발하고 대학에서 학생들을 가르쳤다. 현재는 쇼난 공대 명예교수이며, 저서로는 『「再生可能エネルギー」のキホン ‘재생에너지’의 기초』〈SBクリエイティブ〉, 『エネルギー工学入門 에너지공학 입문』 〈裳華房〉, 『海洋エネルギー読本 해양에너지 독본』 〈オーム社〉, 『熱電学総論 열전학 총론』 〈S＆T出版〉 등이 있다.

번역 김현정

대학에서 일본어를 전공하고 통번역대학원에서 한일번역을 공부했다. 의학, 건축, 세무와 같은 분야의 전문 번역에서, 아쿠타가와 류노스케의 『묘한 이야기』를 번역하는 등 출판 번역으로 활동 범위를 넓히고 있다. 항상 응원해 주는 아들 진우에게 고마움을 전한다.