선풍기가 고장 나 더위에 지쳐버린 <어린이과학동아> 편집부. 날개를 지닌 편집부원들 사이에서 선풍기 바람을 대체할 날갯짓 대결이 열렸어요. 대결의 승자는 누가 차지했을까요?

[통합과학 개념 이해하기]

선풍기, 전기를 바람으로 바꾼다!

무더운 여름이 찾아오면, 사람들은 더위를 식히기 위해 선풍기를 사용해요. 선풍기의 전선을 콘센트에 연결하면, 날개가 회전하며 시원한 바람이 불죠. 이는 플러그를 통해 들어온 전기가 날개를 회전시키는 힘으로 바뀌었기 때문이에요.

선풍기의 전선은 주로 구리와 같은 금속으로 만들어졌습니다. 금속 안에는 자유롭게 움직일 수 있는 자유 전자가 들어 있죠. 콘센트에 전선의 플러그를 꽂으면 전선 양쪽에 전하를 이동시키는 힘인 전압이 걸려요. 이에 따라 자유 전자들이 한 방향으로 이동하게 됩니다. 이러한 전자의 흐름을 전류라고 불러요. 전류는 전선을 타고 선풍기 안에 있는 코일로 흘러 들어갑니다.

코일은 전선을 여러 번 둥글게 감아 만든 구조예요. 전류가 흐르는 전선 주변에는 자석의 힘이 미치는 공간인 자기장이 생겨요. 코일처럼 전선이 여러 번 감긴 구조에서는 자기장들이 서로 더해지면서 더 강한 자기장이 만들어지죠. 전류의 세기가 강할수록, 그리고 코일을 감은 횟수가 많을수록, 자기장의 세기는 강해집니다. 강한 자기장이 형성된 코일은 마치 자석처럼 성질이 바뀌어요.

코일은 선풍기의 모터 안에 있어요. 모터는 전기 에너지를 운동 에너지로 바꾸는 장치입니다. 모터 안에서는 전류가 흐르는 코일 사이에, 혹은 코일과 모터에 들어 있는 자석 사이에 자기장이 만들어져요. 이들 사이에는 같은 극끼리 서로 밀어내고, 다른 극끼리 서로 끌어당기는 힘이 작용하죠. 이 성질 때문에 모터 속 코일에는 회전하는 힘이 생깁니다.

모터가 회전하면, 모터에 연결된 날개도 함께 회전해요. 선풍기의 날개는 한쪽으로 기울어진 형태로 설계됐습니다. 이 날개는 회전할 때 뒤쪽 공기를 끌어와 앞쪽으로 밀어내면서 공기의 흐름을 만들어 내죠. 사람들은 이 공기의 흐름을 바람이라고 느껴요. 바람이 피부에 닿으면 피부 표면의 땀이 더 빠르게 증발해요. 땀은 주변의 열을 빼앗아 증발하기 때문에 체온이 낮아지고 시원함을 느끼게 됩니다.

선풍기에서 바람이 나오는 과정

1. 콘센트에 전선의 플러그를 꽂으면, 선풍기에 전기 에너지가 공급된다.

2. 선풍기의 모터 속 코일에 자기장이 만들어진다.

3. 자기장들의 상호작용으로 모터가 회전한다.

4. 모터와 연결된 날개도 회전하면서 바람이 나온다.

[통합과학 넓히기]

선풍기, 이럴 때 틀면 위험하다?

여름철 사람들은 집에서 선풍기 바람을 맞으며 시원함을 느껴요. 햇볕이 뜨거운 길거리에서는 휴대용 선풍기를 들고 다니며 땀을 식히죠. 그런데 선풍기가 모든 환경에서 효과적인 냉방 수단은 아니라는 연구 결과가 나왔어요.

2025년 7월 29일, 호주 시드니대학교 외 국제 연구팀은 매우 덥고 건조한 환경에서 선풍기를 사용하면 오히려 체온이 이전보다 높아질 수 있다고 국제 학술지 ‘자마 네트워크 오픈’에 발표했습니다. 연구팀은 선풍기 바람에 따른 체온 변화를 측정할 참가자 58명을 모집한 뒤, 서로 다른 두 가지 환경에서 약 3시간 동안 선풍기 바람을 쐬도록 했어요. 이후 참가자들의 체온과 땀 분비량, 불쾌감 지수 등을 측정했습니다.

첫 번째 환경은 온도 38°C, 습도 60%의 덥고 습한 조건이었어요. 3시간이 흐른 뒤, 선풍기 바람을 쐰 참가자들의 체온은 0.1°C가량 내려갔어요. 연구팀은 선풍기가 땀의 증발을 도왔기 때문에 체온이 낮아졌다고 설명했습니다.

온도, 습도에 따른 체온 변화

▲GIB

선풍기 바람을 3시간 쐬자, 덥고 습한 환경에서는 체온이 평균 0.1℃ 낮아졌다. 반면 매우 덥고 건조한 환경에서는 평균 0.3℃ 올라갔다.

액체인 땀은 피부에서 열을 흡수해 증발하면서 기체로 바뀌어요. 이 과정에서 체온이 낮아집니다. 보통 습도가 높으면 땀이 잘 증발하지 않는데, 선풍기가 주변 공기를 순환시키면서 땀의 증발을 도와준 거예요. 바깥에서 들어오는 열보다 땀의 증발로 빠져나가는 열이 더 많았기 때문에 체온이 떨어졌습니다.

▲GIB

액체인 땀은 피부의 열을 빼앗아 기체로 증발한다. 선풍기 바람은 이 과정을 더 빠르게 한다.

반면 온도 45°C, 습도 15%의 매우 덥고 건조한 환경에서는 다른 결과가 나타났습니다. 선풍기를 사용했을 때 체온이 약 0.3°C 올라갔어요. 참가자들이 느끼는 불쾌감도 더 컸지요. 선풍기는 공기를 움직여 바람을 일으키는 장치예요. 그런데 주변 공기가 지나치게 뜨거우므로, 선풍기가 뜨거운 공기를 내보내는 거예요. 연구팀은 건조한 환경에서는 땀이 빠르게 증발해 체온이 떨어지는 효과가 나타나긴 하지만, 이보다 더 많은 열이 바깥에서 들어오면서 결국 체온이 올라갔다고 분석했어요. 또한 땀이 빠르게 증발하는 과정에서 몸속 수분이 급격히 줄어들었습니다.

이번 연구는 선풍기의 냉방 효과가 온도와 습도에 따라 크게 달라진다는 사실을 보여줘요. 연구팀은 “습도가 높은 더위에서는 선풍기가 체온을 낮추고 쾌적함을 높이는 데 도움이 되지만, 기온이 40°C 이상으로 매우 높고 건조할 때는 선풍기가 오히려 체온을 높이고 탈수●를 유발할 수 있어 선풍기 사용을 자제하는 게 좋다”고 조언했습니다.

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