히읗

핫팩을 그냥 흔들기만 했는데 어떻게 따뜻해지는 걸까

뇌를 채워줄 은덩어리 지식들 은근한 잡다한 지식입니다

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겨울철 필수 아이템 중 하나인 핫팩

가벼워서 휴대하기 편하고
살짝만 흔들면 따뜻해지는 특징 때문에

오랜 시간 밖에 있어야 할 때
야외에서 일하는 사람들이
그리고 군인들이 유용하게 사용하는 아이템입니다

핫팩을 뜯어보면 이렇게 안에 까만 가루가 있는데
이것은 철가루입니다

그리고 눈에는 잘 보이지 않지만
약간의 수분과 나트륨, 활성탄 같은 것들이 들어 있습니다

https://youtu.be/Y4zmjf7DQNw

핫팩을 꺼내서 흔들면 금방 따뜻해집니다
하지만 꺼내지 않고 흔들면 아무리 흔들어도 따뜻해지지 않습니다

핫팩은 산소와 만나야 따뜻해지기 때문입니다

철은 물과 산소를 만나면 부식되기 시작합니다
이것을 산화 반응이라고 하죠

우리는 흔히 녹슨다고 표현합니다

철이 녹스는 과정에서 열이 만들어지는데
핫팩은 바로 이런 원리를 이용한 것입니다

핫팩을 뜯지 않으면 산소를 만날 수 없으니 따뜻해지지 않습니다
핫팩을 뜯어 흔들면 핫팩 안의 철가루와 수분
그리고 공기 중의 산소가 만나 철가루가 녹슬기 시작하고

열이 만들어집니다

철의 산화는 굉장히 천천히 이루어지기 때문에
일반적인 상황이라면 녹슬 때 만들어지는 열은 느낄 수 없지만

핫팩에 있는 나트륨과 활성탄이
산화 반응이 빠르게 일어나도록 만들어줘
우리가 열을 느낄 수 있는 것입니다

사실 핫팩은 흔들지 않아도 따뜻해집니다
뜯는 순간 철가루가 산소와 만나 산화 반응이 일어나기 때문입니다

물론 흔들면 철가루가 산소와 더 빨리 만나게 되니
더 빠르게 따뜻해지게 됩니다

핫팩은 1회용이기 때문에 한번 뜯으면
더 이상 사용하고 싶지 않아도 쓸 수밖에 없다고 생각할 수 있지만

결국 산소와 만나야 작동하는 것이기 때문에
지퍼백이나 밀폐 용기에 보관해 산소를 차단 시키면
핫팩의 수명을 늘릴 수 있습니다

산소를 차단시키는 건 핫팩의 전원을 끄는 것이라고 할 수 있죠

그리고 원하는 타이밍에 핫팩을 꺼내
산소를 만나게 하면 핫팩이 다시 따뜻해지게 됩니다

당연히 수명이 다해 차게 식어버린 핫팩은 해당되지 않는 사항입니다

요즘에는 잘 사용하지 않는 것 같지만
똑딱이를 이용한 재활용이 가능한 핫팩도 있습니다

똑딱이 핫팩은 투명한 액체와 금속 물질이 들어있는데
금속 물질을 똑딱하고 구부리면
액체가 고체로 변하면서 열이 발생해 핫팩이 따뜻해지게 됩니다

그리고 핫팩을 끓는 물에 넣으면 고체가 액체로 변해
다시 사용할 수 있는 핫팩으로 바뀌게 됩니다

소금은 물에 녹습니다
그런데 어느 정도 녹이다 보면 더이상 소금이 녹지 않게 되죠
이런 상태를 포화 용액이라고 합니다

이때 물의 온도를 높이면 더 많은 소금을 녹일 수 있게 됩니다
그리고 천천히 물을 식히면
같은 온도라도 더 많은 소금이 녹아있는 상태가 됩니다
이런 상태를 과포화 용액이라고 하죠

똑딱이 핫팩의 투명한 액체는 아세트산 나트륨 과포화 용액입니다
과포화 용액은 굉장히 불안정한 상태라
조금만 충격을 줘도 상태가 변해 액체가 고체로 바뀌게 되는데
이때 충격을 주는 물질이 바로 이 똑딱이입니다

액체는 고체로 될 때 열을 방출합니다
이것을 응고열이라고 하죠

즉 똑딱이 핫팩은 아세트산 나트륨 과포화 용액이
액체에서 고체로 될 때 발생하는 열을 이용한 핫팩입니다

핫팩의 온도는 평균 40도이고 최대 70도까지 올라간다고 합니다
한곳에 오래 사용할 경우 화상을 입을 수 있으니
이점은 주의해서 사용해야 합니다

겨울잠을 자고 있는 동물을 깨우면 어떻게 될까

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잠에서 깨어나는 일은 꽤 괴로운 일입니다

심지어 일어날 시간이 되지 않았는데
어떤 원인에 의해 깬다면 그것만큼 열받는 것도 없죠

겨울이 되면 일부의 동물들은
겨울잠을 잡니다

겨울에는 먹을 것이 없어지기 때문에
미리 먹을 것을 많이 먹은 뒤 겨울 동안 푹 자다가
봄이 오면 깨어납니다

그렇다면 이렇게 겨울잠을 자고 있는 동물을 깨우면
어떻게 될까요

https://youtu.be/jAwlJy2fsBI

겨울잠을 자는 동안 동물의 심박수는 급격하게 떨어집니다
다람쥐의 경우 평소 심박수는 1분에 150~200회 정도 되는데
겨울잠을 자면 1분에 5회 정도로 떨어진다고 합니다

심박수가 떨어지니 호흡도 줄어들고
몸에 있는 장기들이 활동을 거의 하지 않으니
체온도 엄청나게 떨어지게 됩니다

이처럼 겨울잠은 일반적인 잠과 다르게
에너지 소모를 최소화시키기 위해
몸 상태를 사망하기 직전까지로 만드는 것이라고 할 수 있습니다

일종의 절전모드인 것이죠

활동하기 위해선 에너지가 필요한데
겨울잠을 자는 동안에는 에너지 소모가 거의 없으니
음식을 먹지 않아도 살아갈 수 있는 것입니다

스스로 체온을 조절할 수 있는 동물을 정온동물이라고 합니다
사람과 함께 조류, 포유류가 여기에 해당하는데

이들은 겨울 동안 계속 잠을 자는 것이 아니라
중간중간 깨서 추가로 음식을 먹거나
대변이나 소변을 보기도 하고
새끼를 돌보기도 합니다

이처럼 정온동물은 스스로 잠에서 깨기 때문에
진짜 열받긴 하겠지만
우리가 깨운다고 해서 큰일이 나는 것은 아닙니다

하지만 곰의 경우엔 다를 수 있습니다

곰 역시 스스로 겨울잠에서 깨긴 하지만
잘 자고 있는 상태에서 누군가 깨운 것에 대한 열받음과
겨울이라 많이 먹지 못해 발생하는 배고픔 때문에
우리가 곰의 겨울잠을 깨운다면
그 즉시 한 끼 식사가 되어버릴 수 있습니다

스스로 체온을 조절할 수 없는 동물을 변온동물이라고 합니다
조류, 포유류를 제외한 거의 모든 동물이 여기에 해당하는데

이들은 외부 환경에 따라 온도가 변하기 때문에
겨울에 잠을 자지 않으면 너무 추워 얼어 죽을 가능성이 있어
먹이를 많이 구할 수 있는 동물이라 하더라도
겨울잠을 자는 경우가 있습니다

변온동물은 겨울잠을 자면 봄이 올 때까지 깨지 않기 때문에
이들의 겨울잠을 깨우면 꽤 심각한 문제가 발생할 수 있습니다

애초에 겨울은 겨울잠을 자는 변온동물이 활동할 수 있는 환경이 아닙니다
잠에서 깨면 겨울의 추위를 버티지 못하고 그대로 죽어버릴 것입니다

물은 0도가 되면 얼게 됩니다
하지만 설탕물이 되면 0도보다 더 낮은 온도가 되어야 얼게 되죠
이처럼 다른 물질에 의해 어는점이 내려가는 현상을 어는점 내림이라고 합니다

피 역시 영하의 온도에 노출되면 얼게 됩니다
하지만 포도당이 많이 녹아있으면 어는점 내림이 발생해
영하의 온도에서도 얼지 않게 됩니다

겨울잠을 자는 개구리가 영하의 온도에서도
얼어 죽지 않고 버틸 수 있는 이유는
겨울잠을 자면 개구리의 피에 평소보다 많은 포도당이 녹아들기 때문입니다

박쥐는 포유류이지만 변온동물로 분류되어 있습니다
박쥐도 겨울잠을 자는데 자는 동안 필요한 에너지는
갈색지방조직에 저장된다고 합니다

갈색지방조직은 저장된 에너지를 조금씩 소모해
약간의 열을 만들어 겨울 동안 얼지 않게 해줍니다

겨울잠을 자는 동안 절전모드에 빠져있던 장기들은
잠에서 깨어남과 동시에 정상모드로 돌아오게 됩니다

이 과정에서 굉장히 많은 포도당, 에너지가 소모되죠

깨어난 시점이 봄이라면 음식을 먹어 에너지를 채우면 되지만
우리가 겨울잠을 깨워 한겨울에 깨어나게 된다면
활동할 수도 없고 음식을 찾을 수도 없으니 다시 잠을 자는 수밖에 없습니다

하지만 깨어나는 과정에서 많은 에너지를 소모했기 때문에
겨울을 버틸 수 있는 에너지가 부족해지게 되고
결국 겨울이 다 지나기 전에 추위를 버티지 못하고 죽어버릴 가능성이 있습니다

가까스로 겨울을 버텼다 하더라도
정상모드로 돌아갈 에너지가 부족해
깨어나지 못하고 죽게 될 수도 있습니다

그래서 이들의 겨울잠은 절대로 깨워서는 안됩니다

변온동물의 겨울잠을 깨우면 변온동물이 죽을 수도 있으니
정온동물의 겨울잠을 깨우면 짜증 나거나 내가 죽을 수도 있으니
모든 동물의 겨울잠은 깨우지 않는 것이 좋을 것 같습니다

만약 지구도 토성처럼 고리가 있었다면 어땠을까

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https://youtu.be/P6HsQkqp5OI

우주에 있는 여러 행성 중 토성은
커다란 고리를 가지고 있는 것으로 유명합니다

그냥 둥근 모양을 하고 있는 다른 행성과 비교해 보면
고리 덕분에 더 예쁜 모양이지 않나 하는 생각이 듭니다

우리가 사는 지구에는 아쉽지만 고리가 없습니다
하지만 아주 먼 옛날에는 지구도 고리를 가지고 있지 않았을까
하는 추측이 있습니다

지구 주위를 돌고 있는 달은 어떻게 만들어졌는지
아직까지 그 이유를 정확히 찾지 못했지만

약 45억 년 전 테이아라는 천체가
우연히 지구와 충돌하면서 만들어진 것이 아니냐
하는 가설이 가장 많은 지지를 받고 있습니다

테이아는 지구와 충돌하면서 완전히 박살 나게 되고
테이아의 잔해는 지구 중력에 의해 지구 주위를 돌게 되었습니다

그리고 시간이 흐르며 잔해들이 서서히 하나로 뭉쳐지게 되었고
이렇게 탄생한 것이 지금의 달이라는 것이죠

만약 이 가설이 맞다면 달이 만들어지지 않았을 때
즉 테이아의 잔해가 지구 주위를 돌고 있을 때
지구는 고리를 가지고 있었을 것입니다

토성의 고리는 얼음과 암석으로 이루어져 있습니다

토성은 태양으로부터 약 14억 km나 떨어져 있어
태양에 의해 얼음이 녹지 않기 때문에
토성의 고리는 계속 유지될 수 있습니다

하지만 지구와 태양의 거리는 약 1억 5천만 km
태양의 영향을 굉장히 많이 받기 때문에
지구의 고리가 얼음으로 이루어져 있다면
얼마 가지 않아 전부 녹아 사라져버릴 것입니다

그렇기 때문에 지구가 고리를 가지려면
고리가 암석으로만 이루어져 있어야 할 것입니다

그렇다면 암석 고리를 가지고 있다면 어떨까요

우주에서 본 지구는 이런 모습을 하고 있겠죠

그리고 우리가 보는 하늘의 모습도
많이 달라질 것입니다

달은 스스로 빛을 내지 못하지만
태양빛을 반사하기 때문에 낮에도 밤에도 볼 수 있는 것처럼

고리 역시 낮, 밤을 가리지 않고 언제나 보일 것입니다

그리고 어디서 보느냐에 따라
이런 모습으로
혹은 이런 모습으로
혹은 이런 모습으로 보이기도 하겠죠

고리의 모습에 따라 새로운 랜드마크가 만들어질 수도 있습니다

지구에 생명체가 있는 이유는
적절한 햇빛, 적절한 수분, 적절한 산소가 있기 때문입니다

지구에 암석으로 이루어진 고리가 있다면
고리가 있는 지역에는 암석이 햇빛을 가려 그림자가 생기게 될 것입니다
그리고 지구로 들어오는 햇빛의 양도 줄어들게 되겠죠

이렇게 지구의 환경이 변하면
생태계도 변하게 될 것입니다

일부는 이런 환경에 적응하지 못해 멸종할 것이고
일부는 이런 환경에 적응해 그동안 보지 못했던
새로운 생명체가 탄생하게 될 수도 있습니다

우주에 인공위성이 떠있는 덕분에
인터넷 통신을 할 수도 있고
TV로 해외 방송을 볼 수도 있고
날씨를 예측하거나 GPS를 이용한 길 찾기 같은 것들이 가능합니다

인공위성은 지구 주위를 돌고 있습니다

만약 지구에 고리가 있었다면
암석이 지구 주위를 돌고 있기 때문에
인공위성을 띄울 수 없었겠죠

인공위성이 없으면 이런 것들이 불가능하니
우리 생활 역시 많이 달라졌을 것입니다

어쩌면 인류의 문명은 지금처럼 발전하지 못했을지도 모릅니다
그리고 영원히 우주에 나갈 수 없었을 것입니다

이렇게 보니 지구에 고리가 없는 게 참 다행이라는 생각이 드는 것 같네요