Fire Steel - 불꽃의 원리

Fire Steel을 이용해 불꽃을 일으켜 불을 붙이는건 그닥 새로울것도 없는 일인데 그 원리까지 접근하기란 드문 기회였다. Survivaltopics에 보니 원리를 설명해 놓은 글이 있었다.

철은 표면이 산소와 접촉되는 순간 즉시 녹이(산화과정) 슨다는건 상식일 것이다. 그런데 재밌는건 녹이슬면서 열이 발생한다는 것이다. 열이 발생한다는걸 느끼지 못했던건 대부분의 쇳덩이들은 공기체 노출된 표면의 크기가 전체크기보다 훨씬 작기 때문에 이때 발생한 열이 대부분 철과 공기로 훕수되기 때문이다. 쇠표면에 녹이 스는것만 알았지 그때 열이 함께 발생된다는건 이번에 처음 알았다. 이 화학현상을 식으로 표현하면 다음과 같다. 쉽게 말해 쇠가 산소와 결합되면서 녹으로 변하면서 열이 함께 발생한다는 것이다.

Fe2 + O2 = Fe2O3 + heat

Or in English:

Iron + Oxygen = Rust + Heat

철의 산화과정 동안 발생하는 열이 쇳덩이에서 생기는 불꽃의 원천 에너지인 것이다. 산화과정을 더 크게만들기 위해서는 매끈한 산소와 접촉하게 되는 쇳덩이의 표면을 증가시켜야 한다. 아래의 그림과 같이 쇳덩이가 잘게 나눠질 수록 공기와 접촉하는 표면적이 증가하게 되고 산화과정이 더 많이 발생하게 된다. 쇳덩이에서 떨어져 나온 쇳가루는 곧바로 산소와 접촉하면서 산화과정을 일으키고 열을 발산하게 되는데 산화과정을 겪는 표면적이 쇳가루보다 훨씬 커서 열을 흡수하지 못한 쇳가루는 곧바로 발갛게 달아 오르게 된다. 이 달아오른 쇳가루가 우리가 보게되는 불꽃인 것이다.


불꽃을 일으키기 위해서는 2%정도의 탄소가 함유된 고탄소강이 좋다. 철은 원래 잘휘어지고 무른성질이 있으나 탄소가 첨가 됨으로써 단단한 성질을 띄게 된다. 여기에 부싯돌이나 석영과 같은 단단한 물체를 가지고 비스듬하게 충격을 가하게 되면 불꽃이 일게 된다.

이 방법은 성냥이 본격적으로 사용되기전 불을 붙이기 위한 중요한 기술로 수백년동안 사용되어왔다. 조금은 숙련된 연습이 필요한 이 기술이 요즘시대에는 효율이 떨어지는 방법으로 보일지 모른다. 그러나 성냥이나 라이터가 제역할을 하지 못하는 어떤 환경에서도 수만번 이상의 불꽃을 만들어 낼 수 있는 Fire Steel은 여전히 중요한 야외생활의 기술로 남아 있다.


요즘에는 철만이 아니라 마그네슘등 불꽃을 더 쉽게 만드는 광물질을 추가한 발화막대가 많이 나오고 있으나 원리는 수백년동안 사용되어 왔던 Fire Steel과 동일하다.

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☞ Fire Steel에 대해 예전에 썼던 글