끓인다는 것의 정의
끓는다는 것은 액체 상태가 기체 상태로 변하는 과정입니다. 끓는점은 액체 내부의 포화 증기압이 외부 공기압과 같아질 때 발생합니다(외부 공기압 = 대기압). 이 글에서는 물의 끓는점에 대해서만 다루겠습니다. 물의 포화 증기압은 물의 온도에 비례하며, 물의 온도가 높을수록 포화 증기압도 커집니다. 물을 가열하면 용기 바닥에 작은 기포가 생기는 것이 일반적입니다. 기포의 존재는 액체가 기체로 변하고 있음을 나타냅니다. 기포 내부의 포화 증기압이 외부 공기압보다 낮으면 기포는 표면에 도달하기 전에 수축하여 터지게 됩니다. 기포가 터지는 이유는 외부 공기의 밀어내는 힘이 기포 내부의 증기압보다 크기 때문입니다. 외부 공기압이 기포 내부의 증기압보다 크므로 외부 공기가 더 큰 힘을 가합니다(P = F/A).
물의 온도가 올라가면 기포 내부의 포화 증기압도 증가합니다. 기포 내부의 포화 증기압이 외부 공기압과 같거나 크면 기포는 크기가 커져 수면에 도달할 때까지 떠오릅니다. 수면에 도달하면 기포는 터지면서 기포 안의 수증기가 물 밖으로 방출됩니다. 이것이 바로 끓는 현상입니다. 기포가 커지는 이유는 기포 내부의 수증기가 밀어내는 힘이 외부 공기의 밀어내는 힘보다 크기 때문입니다.
기포 내부의 증기압은 외부 공기압보다 크기 때문에 기포 내부의 증기가 더 큰 힘을 발휘합니다. 기포가 커지면서 증기의 부피도 증가하고, 따라서 증기 밀도는 감소합니다. 증기 밀도가 감소하면(증기 밀도가 물의 밀도보다 작으면) 기포는 수면으로 떠오릅니다. 이는 마른 나무나 코르크가 물 표면에 뜨는 것과 유사합니다. 마른 나무나 코르크는 밀도가 물보다 작기 때문에 물에 뜰 수 있습니다.
물의 포화 증기압
위의 설명을 바탕으로, 물은 포화 증기압이 대기압과 같거나 그 이상일 때 끓는다고 할 수 있습니다. 따라서 물의 끓는점은 대기압에 매우 큰 영향을 받습니다. 대기압이 낮을수록 끓는점은 낮아지고, 반대로 대기압이 높을수록 끓는점은 높아집니다. 일반적으로 해발고도가 높을수록 대기압은 낮아집니다. 그러므로 해발고도가 높을수록 끓는점은 낮아진다고 결론지을 수 있습니다.
산 정상의 끓는점 은 해변에서의 끓는점보다 낮습니다. 즉, 산 정상의 끓는점은 저지대의 끓는점보다 낮습니다. 따라서 산 정상에서 가열한 물은 해변에서 가열한 물보다 더 빨리 끓습니다. 하지만 산 정상에서 밥을 지으면 끓는점이 낮아 물의 끓는점도 낮아지기 때문에 밥이 익는 데 시간이 더 오래 걸립니다. 밥을 빨리 짓기 위해서는 보통 압력솥을 사용합니다 . 압력솥은 기압을 높여 끓는점을 높이는 원리로 작동합니다. 끓는점이 높아지면 물이 더 높은 온도에서 끓기 때문에 밥이 더 빨리 부드러워집니다.
