환경 실험 : 태양빛 반사 기술(온도 낮추기)

1. 태양빛의 흡수와 반사

  빛이 물체에 닿으면 물체를 통해 반사되거나 흡수됩니다. 태양광을 받은 지면이 뜨거워지는 이유는 태양광의 빛에너지를 흡수하여 열에너지로 전환되기 때문입니다.

  물체가 부딪히는 빛의 대부분을 반사하게 되면 에너지를 흡수하지 않고 반사하는 비율이 커지기 때문에, 열에너지로 전환된 에너지의 양이 적이 발열이 최소화됩니다. 이 경우의 반사에 의한 온도차는 일반적으로 흡수에 비해 작게 됩니다. 반면에 물체가 빛을 흡수하면 빛에너지가 열에너지로 바뀌어 물체가 뜨거워집니다. 특히 물체가 빛 파장의 많은 부분을 흡수하는 경우 온도의 상승은 더 클 것입니다.

  우리는 흰색 물체가 빛을 많이 반사하고, 어두운 물체가 빛을 많이 흡수하기 때문에 그런 색을 띤다고 알고 있는데요, 이를 적용해볼 수 있습니다. 예를 들어, 어두운 색상의 물체는 밝은 색상의 물체에 비해 더 많은 빛을 흡수하기 때문에 더 빨리 온도가 높아집니다. 운동장에서 햇빛을 받으며 서있을 때 유독 머리가 너무 뜨겁거나(머리카락 색 때문에) 여름철에 검정색 티보다 흰 티를 입었을 때 비교적 더 시원한 이유이기도 합니다.

2. 태양빛 반사 기술 활용 방안

  그렇다면 이런 기술들을 어떤 곳에 활용할 수 있을까요? 앞서 말했듯이, 태양광을 많이 흡수한다는 것은 물체의 온도와도  관련이 크다고 할 수 있습니다. 따라서 반사를 많이 하면 태양광을 많이 흡수할 때 보다 물체의 온도를 줄일 수 있고, 흡수를 많이 하면 비교적 온도를 높일 수 있을 것입니다.

  특히, 태양 반사 기술은 건물이 내부 온도를 관리할 때 매우 효과적입니다. 여름철, 첨단 소재와 코팅 등을 통해 건물의 반사율을 높이면 건물의 태양열 반사율이 올라가 건물이 흡수하는 태양열의 양을 크게 줄일 수 있습니다. 이 기술이 특히 더 효과적인 이유에 대해 설명해 드리겠습니다. 여름철, 우리가 원하는 건물 내의 온도와 건물 바깥의 온도는 다릅니다. 우리가 보통 여름에 쾌적하다고 느끼는 온도는 24~28도인 데 반해, 요즘 여름철 기온은 30도를 훌쩍 넘는 일이 비일비재하지요. 여름철의 태양광의 양으로 인해, 건물의 온도는 냉방을 멈춘다면 우리가 원하는 온도보다 더 높아질 수 밖에 없습니다.

 하지만 건물의 반사율을 높일 수 있다면 어떨까요? 태양광으로 인해 전환되는 건물의 열에너지가 감소하는 효과를 얻을 수 있고, 이는 에어컨을 사용하지 않으면서 온도를 낮출 수 있는 효과를 얻을 수 있게 됩니다. 실제로 미국의 퍼듀대학 슈린 루안 교수팀의 '울트라 화이트 페인트'의 경우, 햇볕 아래에서 페인트를 바른 면이 주위 온도보다 낮에는 13도, 밤에는 7도 정도 주위보다 온도가 낮았다고 합니다.

3. 태양빛 반사 기술 실험

  이번에는 여러분들의 생기부를 위해 태양빛 반사 기술 실험을 해 볼 차례입니다. 흰색, 검정색 페인트나 거울 등 다양한 여러분만의 반사/흡수 재료를 준비한 뒤, 종이 상자 내에 온도계를 설치한 후 준비한 반사/흡수 재료를 종이 상자에 잘 바르거나 설치해 주세요. 태양빛 아래에 상자를 설치한 후, 일정 시간이 지난 후 상자 내부의 온도를 측정하면 됩니다.

  다만, 태양 반사 기술은 일부 단점을 포함하고 있기도 한데요, 태양빛을 많이 반사하므로 시야에 방해를 줄 수 있고, 서식지를 파괴하거나 우리가 예측할 수 없는 기후 변화를 초래할 수도 있습니다. 따라서 시야에 방해를 줄일 수 있는 다양한 소재나 건물의 모양을 설계하여 추가적인 실험을 진행하는 것도 큰 도움이 될 것 같습니다.

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위에 있는 두 글은 제가 추가로 작성해 보았던 다른 주제 실험들의 내용입니다.

긴 글 읽어주셔서 감사하고, 여러분들에게 조금이나마 도움이 되셨으면 좋겠습니다. 감사합니다!