게시판 > 질답게시판 > 수증기압곡선에서 고액선의 기울기가 음수인 부분에 대해 질문 드립니다.

스테파노 Stefano

15-09-11 17:36

(A1) 온도와 압력으로 나타낸 물의 증기압 곡선에 표시되어 있는 고-액 평형선은 온도에 따라 고-액이 평형을 이루는 압력을 나타낸 선인데 평형압력이 온도증가에 따라 감소하는데 이는 아주 드문 현상 맞습니다. 한 물분자의 산소와 다른 물분자의 수소간의 결합력에 의해 물만이 가진 특성이 나타나는 것이지요

물의 특성은 생각보다 더욱 복잡합니다. 이곳에서 물의 16개 형태 구조에 대해 알아보세요.
http://www1.lsbu.ac.uk/water/index.html

(A2) 얼음이 물에 뜬다는 의미는 얼음을 가압하면 부피가 줄어 들면서 녹을 수 있다는 의미입니다.

(A3) 증기와 기체의 차이점을 물었는데 증기(Vapor)와 가스(Gas)와의 차이를 묻고 있는 것으로 보고 답합니다.
흔히 증기, 기체, 가스 등은 혼용해서 사용되고 있지만 "기체"라고 하면 증기, 가스를 구분하지 않은 통칭이거나 가스만을 언급합니다. 증기는 액이 증발되어 생성되는 기체입니다. 가스는 그 온도에서는 액상이 존재하지 않는 기체입니다.

그 온도에서 액상(혹은 고상)이 존재하느냐 존재하지 않느냐로 증기나 가스로 구분할 수 있습니다. 임계온도이하에서는 압력을 가하면 액체 혹은 고체로 만들수 있는데 그 상태에서의 기상은 증기이고 임계온도 이상에 존재하는 기상은 가스입니다.

초임계 유체는 기상중에서 초임계온도보다 높은 온도 와 초임계압력보다 높은 영역에 있는 유체를 말합니다. 초임계 온도를 넘었다고 해서 모두 초임계 유체가 아니라 임계압력보다 높은 압력상태에 있는 경우에만 초임계 유체가 되는 것이지요.

임계온도는 액상으로 존재할 수 있는 최고의 온도입니다. 그 이상의 온도에서는 액상이 존재할 수 없으므로 임계온도 이상의 기상유체는 "증기"는 존재하지 않고 가스 또는 초임계유체만 존재합니다.

종합 정리해 보면
1) 상온에서의 공기, 산소, 질소 등과 같이 임계온도보다 높은 온도에서 존재하는 기체 중 임계압력이상의 압력에 있다면 "초임계유체", 그렇지 않고 그보다 낮은 온도에 있는 기체라면 "가스"이고

2) 임계온도보다 낮은 온도에서 액체 혹은 고체의 증기압보다 낮은 압력에 존재하는 기체는 모두 "증기"입니다. (물의 빙점 이하에서도 압력이 낮은 상태로 존재하는 증기를 "수증기"라고 하지요. 영하의 겨울철에도 공기중에는 "수증기"가 존재합니다.)

(A4) 열용량(Heat Capacity)과 비열(Specific Heat, Specific Heat Capacity)은 혼용되고 있습니다. 물질의 양을 질량으로 따지면 질량기준 열용량(비열), 몰로 따지면 몰열용량(몰비열)을 구분해서 사용하고 단위만 잘 맞추면 됩니다.

열용량 또는 비열 = 어느 물질 일정한 량의 온도를 1도 높이는데 필요한 열량
몰열용량 또는 몰비열 = 어느 물질 1몰의 온도를 1도 올리는데 필요한 열량 [단위: kcal/kg-mole/℃, kJ/kg-mole/℃,...]

Q = n * Cm * ΔT ...........(1a) n=몰수(kg-mole), Cm =몰열용량=몰비열(kcal/kg-mole/℃) , ΔT =온도차 (℃)
Q = m* C * ΔT .................(1b) m=질량 (kg), C = 열용량 = 비열 (kcal/kg/℃), ΔT =온도차 (℃)

*참고로...
1) 어느 공정흐름에서 그 물질이 가지고 있는 전체 열량은 "Enthalpy"로 나타내는데 열역학 기준온도에서의 Enthalpy 값을 0으로 두고 온도, 압력상태에 해당하는 상대적 값으로 나타낸 것인데 주의해야할 사항은 전체유량에 대한 값을 언급한다는 것입니다. 이들의 단위는 "kcal, kJ, MMkcal" 또는 "kcal/h, kJ/h, MM kcal/h,.." 등으로 나타냅니다. 그 물질의 단위 질량당 Enthalpy는 "Specific Enthalpy"로 구분하여 나타냅니다. (열역학 서적에서 "Enthalpy" 값이 단위 질량당 혹은 단위 몰당 엔탈피로 되어 있는 경우가 많은데 주의해야 합니다.)

2) 열용량(혹은 비열)은 물질의 고유의 성질이기는 하나 온도 압력에 따라 달라집니다. 정용열용량, 정압열용량이 가장 많이 사욛되는데 전자는 일정 부피에 담아둔 상태에서의 물질의 열용량이고 후자는 일정압력이 유지되는 상태에서의 열용량입니다.

3) 질문에서< 열용량은 어떠한 물질을 1도씨 올리는데 필요한 열량으로 (Kcal/도씨)로 알고 ...> 로 적고 있는데 물질의 기준량이 정해져 있지 않는 상태에서 즉, 물질의 양을 모르는데 1도 올리는데 필요한 열량은 무의미한 숫자에 불과 합니다.

4) (1a) 혹은 (1b) 식에서 n 또는 m이 kg-mole/h 또는 kg/h로 그 물질의 시간당 흐름을 나타내고 있다고 하면 Q의 단위도
kcal/h 단위로 바뀌어야 합니다.

(A1) 온도와 압력으로 나타낸 물의 증기압 곡선에 표시되어 있는 고-액 평형선은 온도에 따라 고-액이 평형을 이루는 압력을 나타낸 선인데 평형압력이 온도증가에 따라 감소하는데 이는 아주 드문 현상 맞습니다.  한 물분자의 산소와 다른 물분자의 수소간의 결합력에 의해 물만이 가진 특성이 나타나는 것이지요

물의 특성은 생각보다 더욱 복잡합니다.  이곳에서 물의 16개 형태 구조에 대해 알아보세요.
http://www1.lsbu.ac.uk/water/index.html

(A2) 얼음이 물에 뜬다는 의미는 얼음을 가압하면 부피가 줄어 들면서 녹을 수 있다는 의미입니다.

(A3) 증기와 기체의 차이점을 물었는데 증기(Vapor)와 가스(Gas)와의 차이를 묻고 있는 것으로 보고 답합니다.  
흔히 증기, 기체, 가스 등은 혼용해서 사용되고 있지만 "기체"라고 하면 증기, 가스를 구분하지 않은 통칭이거나 가스만을 언급합니다.  증기는 액이 증발되어 생성되는 기체입니다.  가스는 그 온도에서는 액상이 존재하지 않는 기체입니다.

그 온도에서 액상(혹은 고상)이 존재하느냐 존재하지 않느냐로 증기나 가스로 구분할 수 있습니다.   임계온도이하에서는 압력을 가하면 액체 혹은 고체로 만들수 있는데 그 상태에서의 기상은 증기이고 임계온도 이상에 존재하는 기상은 가스입니다.

초임계 유체는 기상중에서 초임계온도보다 높은 온도 와 초임계압력보다 높은 영역에 있는 유체를 말합니다.   초임계 온도를 넘었다고 해서 모두 초임계 유체가 아니라 임계압력보다 높은 압력상태에 있는 경우에만 초임계 유체가 되는 것이지요.

임계온도는 액상으로 존재할 수 있는 최고의 온도입니다.  그 이상의 온도에서는 액상이 존재할 수 없으므로 임계온도 이상의 기상유체는 "증기"는 존재하지 않고 가스 또는 초임계유체만 존재합니다.

종합 정리해 보면  
1) 상온에서의 공기, 산소, 질소 등과 같이 임계온도보다 높은 온도에서 존재하는 기체 중 임계압력이상의 압력에 있다면 "초임계유체", 그렇지 않고 그보다 낮은 온도에 있는 기체라면 "가스"이고

2) 임계온도보다 낮은 온도에서 액체 혹은 고체의 증기압보다 낮은 압력에 존재하는 기체는 모두 "증기"입니다.   (물의 빙점 이하에서도 압력이 낮은 상태로 존재하는 증기를 "수증기"라고 하지요.  영하의 겨울철에도 공기중에는 "수증기"가 존재합니다.)

(A4) 열용량(Heat Capacity)과 비열(Specific Heat, Specific Heat Capacity)은 혼용되고 있습니다.  물질의 양을 질량으로 따지면 질량기준 열용량(비열), 몰로 따지면 몰열용량(몰비열)을 구분해서 사용하고 단위만 잘 맞추면 됩니다.

열용량 또는 비열 = 어느 물질 일정한 량의 온도를 1도 높이는데 필요한 열량
몰열용량 또는 몰비열 = 어느 물질 1몰의 온도를 1도 올리는데 필요한 열량 [단위:  kcal/kg-mole/℃,  kJ/kg-mole/℃,...]

Q = n * Cm * ΔT    ...........(1a)   n=몰수(kg-mole),  Cm =몰열용량=몰비열(kcal/kg-mole/℃) , ΔT =온도차 (℃)
Q = m* C * ΔT .................(1b)   m=질량 (kg),  C = 열용량 = 비열 (kcal/kg/℃),  ΔT =온도차 (℃)

*참고로...
1) 어느 공정흐름에서 그 물질이 가지고 있는 전체 열량은 "Enthalpy"로 나타내는데 열역학 기준온도에서의 Enthalpy 값을 0으로 두고 온도, 압력상태에 해당하는 상대적 값으로 나타낸 것인데 주의해야할 사항은 전체유량에 대한 값을 언급한다는 것입니다.   이들의 단위는 "kcal, kJ, MMkcal" 또는 "kcal/h, kJ/h, MM kcal/h,.." 등으로 나타냅니다.  그 물질의 단위 질량당 Enthalpy는 "Specific Enthalpy"로 구분하여 나타냅니다.  (열역학 서적에서 "Enthalpy" 값이 단위 질량당 혹은 단위 몰당 엔탈피로 되어 있는 경우가 많은데 주의해야 합니다.)

2) 열용량(혹은 비열)은 물질의 고유의 성질이기는 하나 온도 압력에 따라 달라집니다.  정용열용량, 정압열용량이 가장 많이 사욛되는데 전자는 일정 부피에 담아둔 상태에서의 물질의 열용량이고 후자는 일정압력이 유지되는 상태에서의 열용량입니다.

3) 질문에서< 열용량은 어떠한 물질을 1도씨 올리는데 필요한 열량으로 (Kcal/도씨)로 알고 ...> 로 적고 있는데  물질의 기준량이 정해져 있지 않는 상태에서 즉, 물질의 양을 모르는데 1도 올리는데 필요한 열량은 무의미한 숫자에 불과 합니다.

4) (1a) 혹은 (1b) 식에서  n 또는 m이  kg-mole/h  또는 kg/h로 그 물질의 시간당 흐름을 나타내고 있다고 하면 Q의 단위도 
kcal/h  단위로 바뀌어야 합니다.

질문자

15-09-11 23:02

아직 제가 많이 부족하다는걸 알게 되었습니다.
상세한 답변 감사합니다!!