엔진룸 : 차의 화학 - 신시아 처벅(Cynthia Chubbuck)

전체 강의 : http://ed.ted.com/lessons/under-the-hood-the-chemistry-of-cars-cynthia-chubbuck

전 세계적으로 10억대의 차가 있고, A에서 B까지 사람들은 가고있다. 그러나 차들은 단지 운송수단이 아니다; 그들은 또한 충분한 화학적 선생이다. 신디아 첩벅은 매우 뜨겁거나 매우 차가운 것으로부터 보호해야 하는 자동차 엔진에서의 복잡한 화학으로 안내한다.

강의 : 신시아 처벅 (Cynthia Chubbuck)
그림 : FOX Animation Domination High-Def.

오늘날 세상에는
10억대의 자동차가 있다.

그것으로 사람들은 어디로 가지만,

차는 단지 운송 수단이 아니다.

또한 가르침 받길 기다리는
화학적 강의이다.

차에 시동을 거는 과정에서
연료 분사기는

엔진 실린더로 가솔린을 분사시키고,

흡기 밸브는 공기 한 모금을
분사시킨다.

그것들은 서로 혼합되고
그 후 점화된다.

그리고 가스는 팽창되고
피스톤은 압력을 받는다.

그러나 연소는 발열반응이고
그것은 열을 방출한다.

매우 많이.

그리고 많은 열이 꼬리 파이프를 통해
배출되는 동안,

엔진 블록에 남은 열은 흡수되고,
이동되고, 소멸돼야 한다.

금속 제품이 변형되거나 녹는걸
방지하기 위해서다.

이것은 쿨링 시스템이다.

액체는 엔진을 순환한다.

어떤 액체가 그 열을
모두 흡수할 수 있을까?

물은 확실한 처음 선택일지도 모른다.

더욱이,

1도의 온도를 올리기 위해

필요한 에너지 양인

물의 비열은 일반적으로
다른 물질들보다 높다.

그리고 우리는 흡수하기 위한
많은 열에너지를 가진다.

하지만 물의 사용은
매우 안좋을 수 있다.

첫번째로, 물의 어는점은
0도이다.

물이 얼면서 팽창하기 때문에

추운 겨울밤은 방열기와
엔진 블록에 손상을 가할수도 있다.

으스스한 결과다.

또한 차 엔진이 받는
뜨거움을 고려해보면,

상대적으로 낮은 끓는점인
100도에서는

어떤것이 증발할지 모르는 결과를
낳을수도 있다.

그래서 물 대신에,

용질과 용매의
균질적 혼합물을 사용한다.

몇몇 용액의 특징은
용질의 비율에 따라 다를것이다.

그것들은 '총괄성'이라 부르고,
우연히도,

그들의 어는점은 낮아지고,
끓는점은 높아진다.

그래서 용액은 순수한 용매보다
낮은 어는점과 높은 끓는점을 가진다.

그리고 용질이 많아질수록
그 차이는 더 커진다.

어째서 그런 특징들이 변화할까?

첫번째로, 우리는 온도가
입자의 평균 운동에너지의

측정이라는 것을 이해해야 한다.

액체의 온도가 낮을수록,
에너지는 더 적고,

더 낮은 분자 움직임을 가진다.

액체가 얼었을 때,
그 분자는 느려지고,

서로 영향을 미치는
그들의 인력은 충분해지고,

그들 스스로 결정 구조를 만든다.

그러나 용질 입자의 존재는
그들의 붙음으로써 작용하고,

용액은 온도가 더 낮아진 후에야
배열이 발생할 수 있다.

끓는점의 경우에서,
액체가 끓을 때,

그것은 증기와 함께 방울을 발생시키고

방울을 형성시키기 위해,
증기압은 일시적으로

액체 표면을 누르고 있는 대기압만큼
강해져야 한다.

액체가 열을 받을 때,
증기압은 증가하고

그것이 대기압과 같아질 때,

보글보글 끓는다.

증기압이 순수한 용액의 것보다
낮으면

높은 온도로 가열받아야만 하고,

그 후 그것은 대기압과 같아질 수 있다.

추가적으로,
방열기에서 압력은

대기압보다 높고,

끓는점은 25도 정도 높아진다.

차의 쿨링 시스템을 위해
공통적으로 사용된 해결방법은

에틸렌글라이콜과 물의
50대 50 혼합이다.

그것의 어는점은 -37도이고
끓는점은 106도이다.

제일 높은 비율은
70대 30이고,

이 때 어는점은 -55도 정도로
더 낮아지고,

끓는점은 113도로 높아진다.

당신이 알듯이,
에틸렌글라이콜이 많으면 많을수록

더 보호되는데,
왜 더 높이지 않을까?

음, 맛있는 음식도
많이 먹으면 물린다는데...

비율이 높기 때문에

어는점은 다시 높아지기 시작한다.

용액의 성질이
에틸렌글라이콜의 성질로 대두되고,

그것의 어는점은 -12.9도로

이전의 용액보다 더 높은 온도이다.

용액은 엔진을 따라 흐르면서
열을 흡수한다.

방열기에 도달할 때,
팬에 의해 차가워지고

뿐만 아니라 공기는 차 앞을 통해
돌진한다.

그 후 용액은
뜨거운 엔진 칸으로 되돌아간다.

그래서, 효과적이고
안전한 엔진 냉각수는

높은 비열과 낮은 어는점,
높은 끓는점을 가져야만 한다.

그러나 문제를 해결하기 위해
완벽한 액체를 찾기 보다는

우리는 용액(해결책)을 만들 수 있다.