안전보건 2014년 8월호

태풍이 지나가고 무더위가 기승을 부리면서 폭염주의보가 내려지는 날이 잦아지고 있다. 폭염은 매우 심한 더위를 말하고, 폭염이 계속되면 인체에 악영향을 미칠 수 있다. 낮 최고기온 이 섭씨 32~33도 이상인 경우가 2일 이상 지속되면 ‘폭염주의보’, 낮 최고기온이 35도 이상인 경우가 2일 이상 지속되면 ‘폭염 특보’가 내려진다. 이처럼 뜨거운 햇볕에 지속적으로 노출되면 열탈진이나 열경련 등의 질환이 발생할 수 있기 때문에 야외 작업자나 외근이 잦은 근로자의 경우 장시간 햇볕에 노출되지 않도록 건강관리에 주의해야 한다. 특히 폭염 시에는 65세 이상의 장년근로자들은 온열질환이 자주 발생하는데 땀샘 감소로 땀 배출량이 적어 체온조절과 탈수 감지기능이 떨어져 있기 때문이다. 고혈압, 당뇨 등 만성질환이 있으면 무더위로 그 증상이 더욱 악화한다. 무더위로 땀 배출이 많을 때는 시원한 물 한잔이 잠시나마 더위를 잊게 해준다. 낮은 온도의 물이 몸의 열을 빼앗아 가기 때문 이다. 물 컵에 따라 놓은 물은 시간이 흐르면 조금씩 줄어드는 데 이것은 표면의 물이 공기 중으로 날아가기 때문이다. 이 때 물은 공기 중으로 날아가기 위한 에너지를 주위에서 뺏는다. 여름에는 약간만 움직여도 땀이 난다. 등과 겨드랑이, 이마에 맺힌 땀이 흘러 옷을 적시기도 한다. 그렇다면 땀은 왜 나는 것 일까? 이유는 사람의 체온을 정상 범위인 36℃에서 37℃ 사이를 유지하기 위해서다. 즉, 땀은 우리의 몸을 식혀 주는 아주 중요한 수단이다. 땀이 난 상태에서 바람이 불거나, 부채질을 하면 더욱 시원하게 느껴지는 이유가 바로 피부의 땀이 더 빨리 증발하기 때문이다. 그런데 끊임없이 일어나는 증발도 밀폐된 장소에서는 이야기가 달라진다. 밀폐된 용기 속 액체는 처음에는 증발이 일어나지 만, 어느 정도 시간이 지난 후에는 더 이상 증발이 일어나지 않는다. 증발이 일어나는 것과 같은 속도로 반대 현상인 ‘응결’이 일어나기 때문이다. 이러한 상태를 ‘동적 평형 상태(dynamic equilibrium)’ 라고 하는데, 습한 날 불쾌감을 느끼는 이유가 바로 동적 평형 상태에 도달했기 때문이다. 물은 온도에 따라 얼음, 물, 수증기의 세 가지 상태로 변한다. 0℃ 이하에서는 얼음으로 변하고, 100℃ 이상에서는 수증기로 변한다. 0℃보다 높은데 물이 얼음으로 변하는 경우는 거의 없다. 그러나 100℃가 되지 않았는데도 물이 수증기로 변하는 경우는 종종 있다. 이를 증발이라고 부른다. 얼음으로 변하는 건 안 되고, 수증기로 변하는 건 되는 이유는 뭘까? 조금 어려울 수 있지만 물의 분자 상태를 이해해야 한다. 고체인 얼음은 모든 물 분자가 서로 꽉 붙잡고 있는 상태다. 아주 약간씩 흔들리기는 하지만, 분자는 제 맘대로 움직일 수 없다. 그런데 액체인 물은 물 분자가 비교적 자유롭다. 서로 붙고 떨어 지기를 반복하면서 미끄러지듯 움직인다. 특히 햇빛이나 바람 등이 에너지를 공급하는 물의 표면에서는 물 분자의 움직임이 더 활발하다. 표면에서 활발하게 움직이던 물 분자 중 과감한 녀석들은 공기 중으로 몸을 던진다. 100℃가 되지 않았는데도 물이 수증기로 바뀌는 것이다. 이런 현상은 온도가 높을수록, 바람이 많이 불수록, 햇빛 등이 비출수록 더 활발해진다. 한 마디로 물의 표면 에 에너지가 많으면 증발이 더 많이 일어난다. 수증기가 물로 바뀌는 정반대의 상황도 있다. 유리컵에 차가운 물을 담으면, 유리컵의 표면에 송골송골 물방울이 맺힌다. 이 물방울은 어디에서 왔을까? 답은 공기에서다. 공기 중에 있던 수증기가 차가운 유리컵의 표면에서 에너지를 잃고 물로 바뀐 것이다. 수증기가 물로 바뀌는 이런 현상을 응결이라고 부른다. 주변 공기가 차가워지면 응결 현상을 자주 볼 수 있다. 하루 중에는 기온이 가장 낮은 새벽이 그렇다. 공기 중에 있던 수증기 가 물체의 표면에서 닿아 물방울을 맺는 일이 광범위하게 벌어 진다. 새벽에 풀잎 끝에 맺힌 이슬이 바로 응결의 대표적인 현상이다. 핵심은 ‘수증기를 머금고 있는 공기가 차가워지는 것’이다. 사실 증발과 응결의 예를 멀리서 찾을 필요도 없다. 하늘을 올려다보면 언제나 볼 수 있는 구름이 증발과 응결로 만들어진 것이다. 바닷물이나 강물은 끊임없이 증발한다. 이 덕에 지표면에 있는 공기는 약간의 수증기를 포함하고 있다. 따뜻한 공기가 이동 하다가 산을 만나면 꼭대기로 올라가는데, 이때 차가워지면서 공기 중에 있던 수증기가 물방울로 바뀐다. 물방울이지만 너무 작아서 땅으로 떨어지지 않고 하늘에 떠 있을 수 있는데, 이것이 바로 구름이다. 음식재료는 물론이고, 음식의 맛에 중요한 역할을 담당하는 소금과 설탕도 증발 현상을 사용해 만든다. 소금은 바닷물을 증발시켜 만들고, 설탕은 사탕수수나 사탕무에서 짜낸 즙을 증발시켜 만든다. 조미료는 건조한 음식재료를 빻거나, 음식 재료를 넣고 끓인 물을 졸여서 만든다. 건조 기술이 없었다면 지금 우리가 즐기는 음식재료의 상당수가 존재하지 못했을 것이다. 예전에는 햇빛이나 바람 등 자연적인 수단을 이용해 말렸지만, 최근에는 대형 건조기를 사용하기도 한다. 자연적으로 말리려면 시간이 오래 걸리고, 날씨의 영향을 많이 받는다. 연료비가 많이 들더라도, 건조기를 사용하면 시간을 단축할 수 있다. 납품일이 중요한 고급 음식재료의 경우 건조기를 사용할 때가 많다. 바닷물을 증발시켜 소금이 아닌 물을 얻는 방법도 있다. 이를 해수 담수화라고 부르는데, 식수가 부족한 나라에서는 매우 중요한 기술이다. 바닷물이 증발한 공기를 허공에 날려 보내지 않고 따로 모은다. 이 공기를 차가운 벽에 부딪치게 하면 수증기가 응결해서 물로 변한다. 수증기에서 얻은 물은 염분은 물론이고, 불순물이 전혀 섞여 있지 않아 깨끗하다. 말려서 먹는 음식이 있다. 처음에 음식을 햇빛에 말려서 먹기 시작한 건 분명 보존기한을 늘리려는 목적이었을 것이다. 음식 재료를 말리면 수분이 줄어서 세균이 번식하기 어려운 환경이 된다. 게다가 표면이 단단하게 굳어져 세균이 잘 침투하지 못한다. 또 음식재료를 말리면 부피가 확 줄어들어서 보관하거나 갖고 다니기도 좋다. 예를 들어 몽골인은 육포를 만들어서 전쟁 식량으로 사용했는데, 군수 부대를 끌고 다닐 필요가 없어 엄청난 기동력을 확보할 수 있었다. 그러나 말리는 목적은 여기에 그치지 않는다. 음식재료를 말리면 종종 맛이 더 좋아진다. 수분이 증발하면서 맛이 농축되기 때문이다. 오징어, 쥐치, 북어, 대구, 멸치, 전복, 미역 등의 해산물은 생물일 때와는 다른 독특한 풍미를 낸다. 감, 포도, 자두, 망고, 크랜베리 등의 열매도 말리면 더 달콤해진다. 최근 개발된 냉동건조식품은 조리 시간을 대폭 줄여준다. 거의 조리가 끝난 식품을 냉동하고 건조하면 부피가 줄어들어서 가지고 다니기 좋다. 여기에 물만 부으면 원래의 맛을 회복하는 형태다. 가벼워서 산행하는 등산객의 식량으로 인기다. 우주 정거장에서 우주인들이 먹는 식사도 대부분 냉동건조 형태다. 한편, 증발할 때 주변이 시원해지는 현상을 이용한 기기도 있다. 냉장고는 이 원리를 가장 잘 활용한 전자기기다. 냉장고 안에는 쉽게 증발하는 성질이 있는 냉매가 흐르는데, 냉매가 증발 할 때 냉장고 안의 온도도 내려간다. 증발한 냉매 기체는 다시 고압으로 압축해서 액체로 만든다. 압축할 때는 반대로 열을 내 뿜기 때문에 이 부분은 냉장고 바깥에 달려 있다. 이 과정을 계속 반복하면 냉장고 안은 차가워지고 밖은 뜨거워진다. 초기에는 냉매로 암모니아를 썼다. 암모니아가 증발이 잘 되는 성질이 있기 때문이다. 그러나 부식성이 있고 냄새가 고약해서 프레온으로 대체됐다. 프레온이 지구의 오존층을 파괴한다는 사실이 밝혀지면서 최근에는 천연가스나 이산화탄소를 냉매로 사용한다. 에어컨의 원리도 냉장고와 똑같다. 뜨거운 열기를 집 밖으로 내뿜도록 실외기가 따로 있고, 시원한 바람을 뿜어내도록 송풍장치를 단 것이 다를 뿐이다. 에어컨을 켜 놓으면 제습 효과도 거둘 수 있다. 수증기를 잔뜩 머금은 더운 공기가 에어컨의 차가운 냉각판에 닿으면 수증기는 물로 바뀐다. 그러니까 에어컨을 켜면 냉매는 증발하고, 집안 공기의 수증기는 응결하는 셈이다.