겨울철 수도가 얼어 터지는 이유 (하루한과학)

겨울철 수도가 얼어 터지는 이유 (하루한과학)

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🧊 겨울철 수도가 얼어 터지는 이유, 알고 계신가요?

한겨울 아침, 세면대나 수도꼭지를 틀었는데 “뚝—” 소리만 나고 물이 나오지 않을 때가 있죠.
심하면 배관이 ‘펑!’ 하고 터져버리기도 합니다.
이게 바로 겨울철 수도가 얼어 터지는 이유인데요,
사실 이 현상에는 물의 독특한 과학적 성질이 숨어 있습니다.

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💧 물은 얼면 부피가 ‘줄어들지 않고 늘어난다’

대부분의 물질은 식으면 부피가 줄지만, 물은 반대로 부피가 늘어납니다.
이건 물이 가진 아주 특별한 성질이에요.

• 액체 상태의 물 분자는 서로 가까이 있지만,
• 0℃ 부근에서 육각형 결정 구조를 이루며 얼음이 될 때
  분자 사이의 간격이 오히려 넓어집니다.

결과적으로 얼음은 같은 질량의 물보다 약 9% 정도 부피가 커집니다.
그래서 얼음이 물 위에 뜨는 거예요.

물 분자가 얼면서 육각형 결정 구조를 이루며 부피가 커지는 모습을 보여주는 과학 도식

 

하지만 이 성질은 수도관 안에서는 문제가 됩니다.
배관 속의 물이 얼기 시작하면, 그 부피 팽창이 안쪽 벽을 강하게 밀어내기 때문이죠.

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🔩 배관 속에서 생기는 ‘팽창 압력’

수도관 안의 물이 얼기 시작하면
바깥쪽부터 차가운 온도가 전달되어 가장자리가 먼저 얼고,
남은 물은 중앙으로 밀리면서 점점 압력이 높아집니다.

얼음은 부피가 커지기 때문에
얼지 않은 물을 더 이상 밀어낼 공간이 없어지면
결국 수백 기압 이상의 압력이 내부에서 생겨
금속이든 PVC든 배관이 갈라지거나 터지는 거예요.

수도관 내부에서 얼음이 팽창하며 압력이 높아지고 배관이 터지는 원리를 보여주는 단면 도식

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🧯 금속 배관이 특히 잘 터지는 이유

배관 재질에 따라 얼음이 생기는 속도도 다릅니다.
금속은 열전도율이 높아 외부의 찬 공기를 빠르게 전달하므로
플라스틱 배관보다 훨씬 빨리 얼어붙습니다.
즉, 열이 잘 전달되는 만큼 냉각 속도도 빠른 셈이죠.
그래서 오래된 철제 배관일수록 동파 위험이 높습니다.

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❄️ 수도가 잘 얼어붙는 장소

모든 수도관이 다 얼지는 않습니다.
특히 아래와 같은 환경에서 동파가 잘 발생해요 👇

1. 외부에 노출된 배관 — 옥상, 베란다, 외벽 등
2. 찬바람이 통하는 틈새 — 창문 틈, 벽 구석, 바닥 틈
3. 오랫동안 물이 흐르지 않은 곳 — 장시간 미사용 구간

물이 정체된 채로 영하의 공기에 오래 노출되면
얼음이 천천히 형성되며 배관을 압박하게 됩니다.

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🔧 동파(凍破)를 막는 과학적 예방법

다행히 이 원리를 이해하면 예방도 간단합니다.

• 수도를 약하게 틀어놓기:
  물이 천천히라도 흐르면 얼음 결정이 생기기 어렵습니다.
• 보온재나 신문지로 감싸기:
  공기층이 단열 역할을 하여 열 손실을 줄여줍니다.
• 온수 배관은 주기적으로 사용하기:
  일정한 온도가 유지되면 동결 위험이 낮아집니다.
• 외출 시 보일러의 ‘동파방지 모드’ 켜기:
  실내 배관의 온도를 일정 수준 이상으로 유지할 수 있습니다.

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🌡️ 왜 컵 속 물은 안 터질까?

같이 얼어도 컵 속 물은 단순히 위로 부풀 뿐 터지지 않죠.
그 이유는 컵은 윗면이 열려 있어 팽창할 공간이 있기 때문이에요.
하지만 수도관은 양쪽이 막힌 밀폐 공간이라
얼음이 부피를 늘릴 때 압력이 빠져나갈 구멍이 없습니다.
결국 그 힘이 배관을 밀어내 파손을 일으키는 거죠.

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💡 오늘의 한줄 과학 요약

물은 얼면 부피가 커지고,
그 힘이 배관을 안쪽에서 밀어내 수도관이 터지는 것이에요.
겨울엔 ‘보온’과 ‘흐름’이 최고의 예방책입니다.

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