열의 이동 — 전도, 대류, 복사

전도(conduction)는 주로 고체에서 일어난다. 고체의 입자는 서로 단단히 묶여 있어 자리를 옮길 수 없지만, 한 곳이 뜨거워지면 그 자리의 입자가 격렬하게 진동한다. 진동하는 입자는 이웃 입자와 부딪치며 운동 에너지를 나눠 주고, 이 과정이 차례차례 옆으로 옆으로 퍼져 나간다.

그래서 금속 막대 한쪽을 가열하면 반대쪽까지 점점 뜨거워진다. 입자가 이동한 게 아니라, 입자의 진동(=열)이 이동한 것이다.

물질에 따라 열이 전달되는 속도는 다르다. 금속(구리, 알루미늄, 철)은 입자가 빽빽하게 결합되어 있고, 자유 전자가 열을 빠르게 운반해 열이 잘 전달된다. 반면 유리, 나무, 플라스틱, 천은 입자 결합이 느슨하거나 분자 구조가 복잡해 열이 잘 전달되지 않는다. 그래서 냄비의 손잡이는 보통 나무나 플라스틱으로 만든다.

대류(convection)는 액체와 기체에서 일어난다. 어떤 부분이 가열되면 그 부분의 입자 운동이 활발해지면서 부피가 커지고, 밀도가 작아진다. 가벼워진 부분은 위로 올라가고, 그 자리를 차지하기 위해 차가운(밀도가 큰) 부분이 아래로 내려온다.

이렇게 위·아래 순환이 반복되면서, 입자 자체가 직접 이동해 열을 골고루 퍼뜨린다. 이를 대류 현상이라 한다.

복사(radiation)는 전자기파(빛, 적외선 등)의 형태로 열이 직접 공간을 이동하는 현상이다. 매개체가 되는 입자가 필요 없기 때문에, 진공에서도 열이 이동할 수 있다.

모든 물체는 자신의 온도에 따라 전자기파를 방출한다. 우리 몸도, 책상도, 햇볕도 전자기파를 내고 있다. 다만 온도가 높을수록 더 많은, 더 짧은 파장의 전자기파를 방출한다.