테러리스트 알 카에다가 캐나다를 혼란에 빠뜨릴 테러장소로 두 군데를 선정했다. 하나는 주유소, 다른 하나는 팀호튼 커피점. "캐네디안이 하루라도 가지 않으면 입 안에 가시가 돋을 지경"의 팀 호튼을 빗대어 지어낸 우스개다. 40년 전 팀 호튼은 커피보다는 도넛 파는 가게로 출발했다. 지금도 팀호튼에 가면 63종류의 도넛, 14가지 머핀, 8종의 쿠키, 37가지 팀빗츠 등 다양한 간식거리를 만난다. 필자가 팀 호튼을 선전하자는 게 아니고 자료 선택상 이 회사를 택했다. 나는 컨트리 스타일의 커피를 더 좋아한다.
수업 중에 학생들에게 2가지를 질문했다.
1.커피에 크림을 넣어도 커피가 식지 않기를 바란다면 크림을 언제 넣는 게 좋을까? 커피를 따르자마자, 마시기 직전에, 혹은 언제 넣어도 상관없다?
2.마실 때 가장 맛있는 핫 커피의 온도는?
1번의 정답은 "가능한 한 빨리 크림을 넣어라"다. 커피가 식는 다는 것은 열을 빼앗기고 있음을 의미한다. 커피가 열을 빼앗기는 것은 대류, 전도, 복사 때문이다. 우선 수증기가 증발하면서 열을 빼앗고, 잔을 통해 열이 전도되어 나가고 마지막으로 뜨거운 커피 자체로부터 나오는 열 복사선 때문에 식는다. 그런데 모든 열 손실은 주위 온도와의 차이가 클수록 빨리 일어나기 때문에 이 차이를 줄이면 열이 천천히 빠져나간다. 그러므로 즉시 크림을 타서 조금이라도 커피와 주위 온도의 차를 줄여주면 식는 속도를 늦출 수 있고 따라서 더 오래 따뜻한 커피를 즐길 수 있다. 만일 시간이 지난 후 크림을 타면 그전에 이미 급속히 식어 가던 커피의 온도를 더 낮추는 셈이 된다. 물체의 온도가 높을수록 복사에 의해 열을 빨리 잃는다는 '슈테판-볼츠만 법칙'에 따른 현상이다. 이래저래 크림커피가 블랙커피보다 천천히 식게 마련이니, 기왕 크림을 넣어먹을 바에야 빨리 넣는 게 덜 식게 만드는 비법이다.
가장 맛있는 커피의 온도에 대해서는 대부분 80도~95도 사이라고들 대답했다. 입이 데어도 좋은 모양이다. 인터넷에서는 대부분 70도에서 85도 사이라고 답변했다.
원두커피는 92˚C에서 강한 향과 깊은 맛을 느낄 수 있다. 이는 커피 향을 내는 휘발 성분이 이 온도에서 가장 활발하게 움직이기 때문이다. 만약 70˚C보다 낮은 온도에서 커피를 내리면 시큼털털하고 100˚C가 넘으면 쓴맛이 강해진다. 일반 드립커피는 80~85˚C, 우유가 들어간 커피는 60~70˚C 정도를 유지해야 맛이 좋다고 한다.
커피에 크림과 설탕을 넣는 순서도 문제가 된다. 크림을 넣는 경우는, 액상 또는 분말 어느 경우에도 설탕을 먼저 넣고 저은 다음에 넣어야 한다. 이것은 커피의 온도가 85도 이하로 떨어진 후에 크림을 넣어야 고온의 커피 중에 함유된 산과 크림의 단백질이 걸쭉한 형태로 응고되는 것(Feathering현상)을 방지할 수 있기 때문이다. 일단 커피가 사람의 입으로 들어 갈 때는 약 52~55도 사이가 가장 맛있다는 게 실험에 의해 밝혀졌다.
그렇다면 100도의 끓는 물에 커피를 넣었을 때 젓지 않고 방안에 두었다면 55도 정도에 도달하려면 얼마나 시간이 걸릴까를 뉴턴의 냉각방정식으로 살펴보자. 시간에 따른 물체의 온도변화는 그 물체의 온도와 주위 물체의 온도차에 비례한다는 법칙으로 온도차이가 적을 때 사용할 수 있다. 뉴턴의 냉각법칙을 수식으로 표현 하면 다음과 같다. dT/dt = -k(T - S) 여기서 T는 물체의 온도, S는 물체 주위의 온도, k는 초기조건으로 구해지는 상수이다. 1701년 뉴턴에 의해 발견되었다. 온도차가 적을 경우에만 근사적으로 적용된다. 이것은 1계 미분방정식이다. 이를 온도와 시간의 함수로 풀 수 있다. 여기서은 물체 초기의 온도이다.
뉴턴의 냉각방정식은 지수함수로서 방안의 온도가 24도일 때 100도의 끓는 물에 커피를 타 마시기에 가장 맛있는 온도인 55도 정도에 도달하기까지는 약 7분정도의 시간이 걸렸다. 앞으로 독자들은 방문 온 손님에게 "식기 전에 커피를 마시라"고 권하지는 않을 것이다.
(이같은 방정식을 응용하면 피살자의 체온변호를 측정, 사건발생 시간을 추정할 수 있다.)
