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입모양을 오므리고 “호~”하고 불면 찬바람이 나오는데 입을 벌리고 “하~”하고 불면 따뜻한 바람이 나옵니다. 같은 입김인데 온도가 달라지는 이유, 뭐 때문일까요?

먼저 답을 얻기 위해서는 ‘단열팽창’에 대한 이해가 필요한데요. 단열팽창이란 외부와 열 교환이 없이 물체의 부피가 늘어나는 현상입니다. 부피가 팽창하게 되면 그 안의 기체 분자는 활동할 수 있는 공간이 넓어지게 되는데, 상대적으로 작은 공간에서 운동하던 기체 분자들은 넓은 공간으로 오면서 더 많은 활동을 하게 되고, 이때 기체의 운동에너지는 기체가 갖고 있던 열에너지가 전환되면서 발생하게 됩니다. 

기체의 열에너지가 운동에너지로 전환되는 현상은 열역학 제1법칙의 에너지 보존법칙으로 설명이 되는데요. 에너지는 스스로 소멸되거나 생성되지 않고 들어온 만큼 나간다는 단순한 법칙으로 들어오는 에너지가 없이 어떤 에너지가 증가했다면 그 차이만큼 다른 내부에너지가 감소한다는 겁니다. 즉, 외부에 일을 하게 되는 경우 내부에너지가 감소하고 이는 온도가 감소하는 걸 의미한다고 해요.

다시 본론으로 돌아와서 입으로 바람을 불 때를 생각해보겠습니다. 입을 조금만 벌리고 ‘호~’하고 바람을 불면 작은 입안에 있던 공기가 갑자기 넓은 세상에 나오면서 부피가 팽창하게 되죠. 순식간에 일어나는 일이기 때문에 외부에 열 교환이 일어나지 않는 단열팽창으로 봐야하는데요. 밖으로 나온 공기는 더 많은 운동을 하게 되고, 이로 인해 내부에너지는 감소해 온도도 떨어지게 되는 겁니다. 

반대로 입을 크게 벌리고 ‘하~’하고 바람을 불 때는 입을 오므리고 불 때와 다르게 상대적으로 부피 팽창이 갑작스럽게 일어나지 않기 때문에 운동에너지가 크게 증가하지 않고, 기온의 변화도 크지 않은데요. 또한 입속에 있던 공기는 우리 몸의 온기를 담은 따뜻한 공기라서 이 공기가 밖으로 나올 때 따뜻한 느낌이 드는 거라고 하네요.