어린이 과학 실험: 물을 끓이지 않고 수증기 만들기

"물이 끓지 않아도 수증기가 생긴다고?"

일반적으로 사람들은 수증기를 만들기 위해서는 반드시 물을 끓여야 한다고 생각한다. 하지만 과학적으로 수증기는 단지 끓는점(100℃)에서만 생기는 것이 아니다. 수증기는 더 낮은 온도에서도, 우리가 예상하지 못한 일상적인 환경에서도 생성될 수 있다. 이것은 바로 ‘기화’라는 현상 때문이다. 이 글에서는 끓는점보다 낮은 온도에서, 즉 물을 끓이지 않고도 수증기를 만들 수 있는 원리를 어린이의 눈높이에 맞춰 실험을 통해 설명하고자 한다. 일상에서 쉽게 구할 수 있는 도구를 활용해, 집에서도 안전하게 따라 할 수 있으며 동시에 과학적인 사고력을 키워주는 이 실험은 아이들에게 과학이 단순한 교과서 속 지식이 아니라, ‘생활 속에서 체험하는 즐거움’이라는 것을 알려주는 데 목적이 있다.

실험 준비 – 집에서 쉽게 구할 수 있는 도구들

이 실험은 특별한 실험 도구 없이 집 안에 있는 물건들만으로도 충분히 따라 할 수 있다. 아래는 기본적으로 필요한 준비물이다.

실험 준비물

• 유리컵 또는 투명 플라스틱 컵 2개
• 미지근한 물 (약 40~50℃)
• 얼음 몇 조각
• 투명한 접시나 랩(플라스틱 필름)
• 수건 1장 또는 작은 냅킨
• 물방울을 확인할 수 있는 밝은 조명(스탠드나 햇빛)

실험을 위한 장소는 실내여도 괜찮지만, 창가 등 햇빛이 직접 들어오는 곳이면 더 효과가 좋다. 실험의 핵심은 물의 표면에서 일어나는 '기화' 현상을 관찰하는 것이기 때문에, 수증기나 응결이 생기는 과정을 육안으로 확인할 수 있는 투명한 용기가 필수다.

 

실험 방법 – 물을 끓이지 않고 수증기를 만드는 3단계

이제 본격적으로 실험을 시작해 보자. 이 실험은 아이들과 함께 해도 안전하며, 물리적 열(불, 전기 등)을 사용하지 않기 때문에 실내에서도 수행할 수 있다. 다음은 단계별 실험 방법이다.

STEP 1 – 따뜻한 물 준비하기

먼저 컵 한 개에 따뜻한 물을 부어준다. 물의 온도는 약 40~50℃ 정도가 적당하다. 너무 뜨거운 물을 사용할 필요는 없다. 따뜻한 물은 물분자의 운동 에너지를 증가시켜 수증기가 잘 생성되도록 도와준다.

STEP 2 – 랩 또는 투명 접시 덮기

준비한 컵 위에 랩을 씌우거나 투명한 접시를 뒤집어 올린다. 이때 랩은 컵 가장자리를 따라 잘 밀착되도록 감싸야하며, 접시를 사용하는 경우엔 밀폐되게 덮되 공기 흐름은 약간 있도록 조정해 준다.

STEP 3 – 얼음을 올려보기

랩 또는 접시 위에 얼음을 2~3조각 올려놓는다. 얼음은 내부의 수증기를 응축시켜 눈에 보이는 ‘물방울’ 형태로 만들기 위한 역할을 한다. 이렇게 하면 따뜻한 물에서 발생하는 수증기가 위로 올라가면서 찬 랩에 닿아 다시 물방울로 변하게 된다. 이것이 바로 '응결'의 과정이다.

실험 포인트:

• 컵 안쪽 벽에 서서히 작은 물방울이 맺히는 것을 관찰할 수 있다.
• 물방울이 보이면, 그것은 분명히 끓지 않은 물에서 나온 수증기라는 뜻이다.

 

원리 설명 – 수증기는 꼭 끓여야만 생길까?

많은 사람들이 수증기는 오직 물이 100℃ 이상 끓어야만 발생한다고 믿는다. 하지만 이 실험에서 보이듯이, 끓지 않아도 수증기는 존재한다. 이것은 '기화'라는 현상 때문이다.

기화란 무엇인가?

기화는 액체 상태의 물이 기체 상태의 수증기로 바뀌는 과정을 의미한다. 물분자들은 항상 움직이고 있으며, 온도가 올라가면 더 빠르게 움직이게 된다. 이때 표면에 있는 일부 분자는 주변 분자들의 구속력을 이겨내고 공기 중으로 탈출하게 된다. 이 과정이 바로 ‘기화’다.

기화는 온도에 관계없이 일어날 수 있다. 단지 온도가 높아질수록 더 많은 분자가 탈출할 수 있어 ‘기화 속도’가 빨라지는 것이다. 즉, 우리가 냉장고 안에 물을 두었을 때도 아주 미세하게나마 기화는 일어나고 있다. 단지 우리가 눈으로 확인할 수 없을 뿐이다.

왜 수증기가 다시 물방울로 바뀌는가?

기화된 수증기가 찬 표면에 닿으면 열을 빼앗기고 다시 물로 변하게 되는데, 이것이 바로 '응결'이다. 이 실험에서는 얼음이 수증기의 열을 뺏고, 그 결과로 물방울이 생긴 것이다. 이런 과정을 통해 아이들은 기화와 응결이라는 두 가지 과학 개념을 동시에 익힐 수 있다.

 

실생활 적용 + 확장 실험 아이디어

이 실험은 단순히 수증기를 만드는 것에 그치지 않고, 다양한 응용과 확장 실험으로 이어질 수 있다. 아래는 실제 생활에 적용할 수 있는 사례와 추가 실험 아이디어이다.

일상 속 수증기의 예

• 샤워 후 욕실 거울에 생기는 김
• 여름에 아이스커피 컵 겉에 생기는 물방울
• 겨울철창문 유리에 맺히는 이슬
  이런 현상들은 모두 공기 중에 존재하는 수증기가 차가운 표면과 만나 응결되면서 생긴다.

확장 실험 아이디어

1. 온도에 따른 기화 속도 비교
   • 같은 양의 물을 각각 차가운 물, 미지근한 물, 뜨거운 물로 준비하고, 같은 방식으로 실험하여 물방울 생기는 속도나 양을 비교한다.
2. 염분 농도에 따른 수증기 생성량 변화 실험
   • 소금을 녹인 물과 일반 물의 수증기 생성을 비교해 본다.
   • 바닷물 증발 실험과 연결 가능.
3. 밀폐 vs 개방된 용기 실험
   • 랩을 덮은 컵과 그냥 개방된 컵을 비교하여 기화 후 응결까지의 차이를 관찰해 본다.
4. 자연 증발 실험
   • 방안에 물을 담은 접시를 놓고 며칠 동안 얼마나 줄어드는지 관찰한다.
   • 공기 중 습도와 기화 속도의 관계도 연결할 수 있음.

 

이번 실험을 통해 우리는 "물이 끓지 않아도 수증기는 생긴다"는 과학적 사실을 실제로 확인했다. 아이들이 직접 실험을 통해 기화와 응결이라는 개념을 이해하면 과학은 더 이상 지루한 학문이 아니다. 과학은 곧 ‘생활 그 자체’ 임을 자연스럽게 받아들이게 된다. 특히, 이 실험은 부모나 선생님과 함께하면 관찰력, 사고력, 표현력까지 동시에 키울 수 있는 교육적 효과도 높다. 앞으로도 일상 속 현상을 과학적으로 관찰하고 질문해 보는 습관을 길러준다면, 아이는 스스로 생각하고 탐구하는 진짜 ‘작은 과학자’로 성장하게 될 것이다.