추위

추위는 추운 정도를 말하며, 바람, 기온 등에 의해서 결정된다. 특히 대기에서의 낮은 온도를 가리킨다. 일반적인 용례에서 추위는 주관적인 인식인 경우가 많다. 온도의 하한은 절대 영도이며, 절대 열역학적 온도 척도인 켈빈 척도에서 0.00K로 정의된다. 이는 섭씨 눈금에서 −273.15°C, 화씨 눈금에서 −459.67°F, 랭킨 눈금에서 0.00°R에 해당한다.

온도는 물질의 입자 구성 요소의 무작위 운동의 운동 에너지인 물체 또는 물질 샘플이 보유하는 열 에너지와 관련되므로 물체는 더 추울 때 더 적은 열 에너지를 갖고 더 뜨거울 때 더 많은 열 에너지를 갖는다. 시스템을 절대 영도까지 냉각할 수 있다면 물질 샘플에 있는 입자의 모든 운동은 중단되고 고전적인 의미에서 완전히 정지 상태가 된다. 물체는 열에너지가 0인 것으로 설명될 수 있다. 그러나 양자역학을 미시적으로 기술하면 물질은 불확정성 원리로 인해 절대 영도에서도 여전히 영점 에너지를 갖는다.

냉각

냉각은 차가워지거나 온도가 낮아지는 과정을 말한다. 이는 시스템에서 열을 제거하거나 시스템을 더 낮은 온도의 환경에 노출시킴으로써 이루어질 수 있다.

냉각제는 물체를 냉각하고, 결빙을 방지하며, 기계의 침식을 막는 데 사용되는 유체이다.

공랭은 물체를 공기에 노출시켜 냉각하는 과정이다. 이는 공기가 물체보다 낮은 온도일 때만 작동하며, 겉넓이를 늘리거나 냉각제 유량을 늘리거나 물체의 질량을 줄임으로써 과정이 향상될 수 있다.

또 다른 일반적인 냉각 방법은 물체를 얼음, 드라이아이스 또는 액체 질소에 노출시키는 것이다. 이것은 전도에 의해 작동한다. 즉, 상대적으로 따뜻한 물체에서 상대적으로 차가운 냉각제로 열이 전달된다.

레이저 냉각과 자기 증발 냉각은 매우 낮은 온도에 도달하는 데 사용되는 기술이다.

역사

초기 역사
고대에는 얼음이 식품 저장에 사용되지 않고 와인을 식히는 데 사용되었는데, 이는 로마인들도 마찬가지였다. 플리니우스에 따르면, 네로 황제는 와인을 묽게 만들지 않고 식히기 위해 얼음을 넣는 대신 와인 버킷을 발명했다.

기원전 1700년경, 이라크 북서부 마리 왕국의 왕 짐리-림은 유프라테스강 강변의 수도 근처에 '비트 슈르핀'이라는 얼음 창고를 만들었다. 기원전 7세기에는 중국인들이 얼음 창고를 사용하여 채소와 과일을 보존했다. 중국 당 왕조 시대(서기 618-907년)의 한 문헌은 동주 시대(기원전 770-256년)에 유행했던 얼음 사용 관행에 대해 언급하며, '얼음 서비스'를 위해 고용된 94명의 인부가 와인부터 시체까지 모든 것을 얼리는 데 사용되었다고 기록하고 있다.

샤흐트만은 서기 4세기에 일본 닌토쿠 천황의 동생이 그에게 산에서 가져온 얼음을 선물했다고 전한다. 황제는 이 선물에 매우 기뻐하여 6월 1일을 "얼음의 날"로 지정하고 의식적으로 신하들에게 얼음 덩어리를 하사했다.

샤흐트만은 심지어 고대 이집트와 인도에서도 물의 증발과 열 복사를 통한 야간 냉각, 그리고 소금이 물의 어는점을 낮추는 능력이 사용되었다고 말한다. 고대 로마와 그리스 사람들은 끓인 물이 보통 물보다 더 빨리 식는다는 것을 알고 있었다. 이 이유는 물을 끓이면 냉각을 방해하는 이산화 탄소 및 다른 가스들이 제거되기 때문인데, 이 사실은 17세기까지 알려지지 않았다.

17세기부터

샤흐트만은 제임스 1세 (잉글랜드)가 코르넬리스 드레벨의 작업을 지지하여 천둥, 번개, 사자, 새, 떨리는 나뭇잎 등과 같은 마술을 부리게 했다고 말한다. 1620년에 그는 웨스트민스터 사원에서 왕과 그의 신하들에게 추위의 힘을 시연했다. 샤흐트만은 여름날, 드레벨이 사원 홀에서 오싹한 기운(몇 도 정도 온도를 낮추었다)을 만들어 왕이 몸을 떨며 수행원들과 함께 홀을 빠져나오게 했다고 말한다. 샤흐트만은 이것이 놀라운 광경이었다고 한다. 몇 년 전, 잠바티스타 델라 포르타는 사원에서 "얼음 환상 정원, 정교한 얼음 조각"을 시연했으며, 피렌체 연회용으로 얼린 음료를 제공하기도 했다. 드레벨이 만든 인공적인 냉동에 대한 유일한 언급은 프랜시스 베이컨에 의한 것이었다. 그의 시연은 당시 실용적인 응용이 없었기 때문에 그의 마술 중 하나로 여겨져 진지하게 받아들여지지 않았다. 드레벨은 그의 비밀을 밝히지 않았다.

샤흐트만은 실험 과학의 옹호자였던 대법관 베이컨이 1620년대 후반에 출판된 《노붐 오르가눔》에서 웨스트민스터 사원의 인공 냉동 실험을 설명하려고 시도했지만, 시연 당시 현장에 없었다고 말한다. 그는 "질산염(혹은 그 정령)은 매우 차갑다. 따라서 질산염이나 소금이 눈이나 얼음에 첨가되면 후자의 냉기를 강화하는데, 질산염은 자체의 냉기를 더하고, 소금은 차가운 눈에 활동을 공급함으로써 그렇게 한다"고 설명했다. 질산염과 소금의 냉기 유도 측면에 대한 이 설명은 당시 많은 과학자들에 의해 시도되었다.

샤흐트만은 17세기 종교적 견해의 급격한 변화가 있기 전까지 물리학 및 화학 분야의 과학적 지식 부족이 얼음의 유익한 사용에 대한 진보를 막았다고 말한다. 지적 장벽은 프랜시스 베이컨과 그의 뒤를 이어 냉기에 대한 지식을 탐구한 로버트 보일에 의해 허물어졌다. 보일은 17세기 동안 냉기 분야에서 광범위한 실험을 수행했으며, 그의 압력 및 부피 연구는 19세기 냉기 분야 연구의 선구자였다. 그는 자신의 접근 방식을 "베이컨이 열과 냉기를 자연의 오른손과 왼손으로 동일시한 것"이라고 설명했다. 보일은 또한 아리스토텔레스가 제시한 냉기에 대한 일부 이론을 한 물질에서 다른 물질로의 냉기 전달 실험을 통해 반박했다. 그는 물이 냉기의 유일한 원천이 아니며, 물을 포함하지 않는 금, 은, 수정도 심한 냉기 상태로 변할 수 있음을 증명했다.

19세기
섬네일|upright|right|추위에 밖으로 나온, 레옹 바지유 페로
미국에서는 1850년경부터 19세기 말까지 얼음 수출이 목화 다음으로 두 번째로 많았다. 최초의 아이스박스는 메릴랜드주의 농부 토머스 무어(Thomas Moore)가 1810년에 타원형 나무통에 버터를 운반하기 위해 개발했다. 이 통은 내부에 금속 안감이 있었고 얼음으로 둘러싸여 있었다. 토끼 가죽이 단열재로 사용되었다. 무어는 또한 가정용 아이스박스를 개발했는데,  공간 위에 용기를 만들고 얼음을 채웠다. 1825년, 말에 의해 견인되는 얼음 절단 장치를 사용하여 얼음을 수확하는 방법은 내서니얼 J. 와이어스(Nathaniel J. Wyeth)가 발명했다. 균일한 크기로 잘린 얼음 덩어리는 미국에서 널리 사용된 저렴한 식품 보존 방법이었다. 또한 1855년에는 시간당 600톤의 얼음을 운반하는 증기 동력 장치가 개발되었다. 더 많은 혁신이 이어졌다. 냉매로 압축 공기를 사용하는 장치가 발명되었다.

20세기
아이스박스는 19세기 중반부터 1930년대까지 널리 사용되었는데, 이때 냉장고가 가정에 도입되었다. 대부분의 도시에서 소비되는 얼음은 겨울에 눈 덮인 지역이나 얼어붙은 호수에서 채취하여 얼음 창고에 보관하고, 아이스박스가 보편화되면서 가정으로 배달되었다.

1913년에 가정용 냉장고가 발명되었다. 1923년 프리지데어는 최초의 독립형 유닛을 출시했다. 1920년대 프레온의 도입은 1930년대 냉장고 시장을 확장시켰다. 별도의 칸(얼음 큐브만을 위한 것보다 큰)으로서의 가정용 냉동고는 1940년에 도입되었다. 이전에 사치품이었던 냉동 식품은 일반화되었다.

생리적 효과
추위는 인체뿐만 아니라 다른 유기체에도 수많은 생리적 및 병리적 영향을 미친다. 추운 환경은 특정 심리적 특성을 촉진할 수 있으며, 움직이는 능력에 직접적인 영향을 미칠 수도 있다. 떨림은 추위에 대한 첫 번째 생리적 반응 중 하나이다. 낮은 온도에서도 추위는 혈액 순환을 크게 방해할 수 있다. 세포 외액이 얼어붙고 조직이 파괴된다. 특히 손가락, 발가락, 코, 귀, 뺨에 자주 영향을 미친다. 이 부위는 변색되고, 부어오르고, 물집이 생기고, 출혈이 발생한다. 소위 동창은 국소적인 동상 또는 심지어 신체 부위 전체의 괴사를 초래한다. 일시적인 피부의 냉기 반응은 후유증이 없다. 혈관이 수축하면 차갑고 창백해지며, 조직에 산소가 덜 공급된다. 온기는 혈액 순환을 다시 자극하여 고통스럽지만 무해하다. 어린이와 운동 시에는 추위로부터의 포괄적인 보호가 특히 중요하다. 극한의 저온은 동상, 패혈증, 그리고 저체온증으로 이어질 수 있으며, 이는 사망에 이를 수 있다.This is how cold protection works in winter (German) - Alpin 01/2007

일반적인 오해
흔하지만 잘못된 주장에 따르면, 추운 날씨 자체가 같은 이름의 감기를 유발할 수 있다고 한다. 이에 대한 과학적 증거는 발견되지 않았지만, 감기는 인플루엔자와 다른 질병과 함께 추운 날씨에 유병률이 증가한다.

주목할 만한 추운 장소 및 물체
 콜로라도 볼더의 미국 국립표준기술연구소는 새로운 기술을 사용하여 미세한 기계 드럼을 360 마이크로켈빈으로 냉각시켜, 기록상 가장 차가운 물체로 만들었다. 이론적으로 이 기술을 사용하면 물체를 절대 영도까지 냉각할 수 있다.
 지금까지 달성된 가장 낮은 온도는 1924년 사티엔드라 나트 보스가 이론화하고 1995년 6월 5일 JILA의 에릭 코넬, 칼 위먼 및 동료들이 처음으로 생성한 보스-아인슈타인 응축이라는 물질의 상태이다. 그들은 약 2천 개의 루비듐-87 원자로 구성된 희석 증기를 레이저 냉각 (이 기술은 발명가인 스티븐 추, 클로드 코엔타누지, 윌리엄 D. 필립스에게 1997년 노벨 물리학상을 안겨주었다)과 자기 증발 냉각의 조합을 사용하여 170 나노켈빈 (1 나노켈빈은 1 켈빈의 10억분의 1 (10−9)) 미만으로 냉각시킴으로써 이를 달성했다.
 90377 세드나는 태양계 내에서 가장 추운 것으로 알려진 물체 중 하나이다. 평균 1,350억 km (840억 마일) 거리에서 공전하는 세드나는 평균 표면 온도가 -240°C (-400°F)이다.
 달 분화구 헤르미테는 2009년 NASA의 달 정찰 인공위성 탐사 이후 "태양계에서 가장 추운 곳"으로 묘사되었으며, 온도는 26 켈빈(-247 °C, -413 °F)에 이른다.
 부메랑 성운은 우주에서 가장 추운 자연적인 장소로 알려져 있으며, 온도는 1 K(-272.15 °C, -457.87 °F)로 추정된다.
 왜행성 하우메아는 태양계에서 가장 추운 것으로 알려진 물체 중 하나이다. 온도는 -241 °C (-401 °F)이다.
 플랑크 인공위성의 기기는 수동 및 능동 냉각을 통해 0.1 K(-273.05 °C, -459.49 °F)로 유지된다.
 다른 열원이 없는 경우, 우주의 온도는 대폭발의 잔존물인 우주 마이크로파 배경 복사 때문에 대략 2.725 켈빈이다.
 해왕성의 위성 트리톤의 표면 온도는 38.15 K(-235 °C, -391 °F)이다.
 천왕성의 흑체 온도는 58.2 K(-215.0 °C, -354.9 °F)이다.
 토성의 흑체 온도는 81.1 K(-192.0 °C, -313.7 °F)이다.
 수성은 태양에 가깝지만 밤에는 실제로 93.15 K(-180 °C, -290 °F) 정도로 춥다. 수성은 태양의 열을 가둘 대기가 없기 때문에 밤에는 춥다.
 목성의 흑체 온도는 110.0 K(-163.2 °C, -261.67 °F)이다.
 화성의 흑체 온도는 210.1 K(-63.05 °C, -81.49 °F)이다.
 지구에서 가장 추운 대륙은 남극이다. 지구에서 가장 추운 곳은 남극 고원으로, 남극점 주변에 위치한 약 의 고도를 가진 지역이다. 지구상에서 가장 낮은 온도는 1983년 7월 21일 보스토크 기지에서 기록된 183.9 K(-89.2 °C, -128.6 °F)이다. 한극은 남반구와 북반구에서 가장 낮은 기온이 기록된 장소이다. (참고: 날씨 기록 목록)
 툰드라 지역으로 알려진 북극점의 한랭 사막은 매년 몇 센티미터의 눈이 내리고 온도는 203.15 K(-70 °C, -94 °F)까지 떨어진다. 일반적으로 얼어붙은 땅(잠시만 녹는다)에는 몇몇 작은 식물들만이 살아남는다.
 히말라야의 한랭 사막은 파미르 노드에서 티베트고원 남부 국경까지 이어지는 히말라야 산맥의 산봉우리들이 만들어낸 비그늘 지대의 특징이다. 하지만 이 산맥은 인도 아대륙의 몬순 강우의 원인이기도 하다. 이 지대는 약 3,000m의 고도에 위치하며, 라다크, 라훌, 스피티, 푸를 포함한다. 또한, 주요 히말라야 내의 참올리, 키나우르 일부 지역, 피토라가르, 시킴주 북부와 같은 내륙 계곡도 한랭 사막으로 분류된다.

신화와 문화
 니플헤임은 북유럽 신화에서 아홉 개의 얼어붙은 강이 있는 태고의 얼음과 추위의 영역이었다.
 "단테의 인페르노에 나오는 지옥"은 베르길리우스와 단테가 버려진 얼어붙은 호수인 코퀴토스강으로 언급된다.

 같이 보기 
 한랭전선
 서리
 빙하

 각주 

 외부 링크 



분류:열역학