게시판 > 질답게시판 > 물이 수증기가 될때 부피가 1600배 증가하는걸로 들었는데요

스테파노 Stefano

09-03-24 23:07

(1)물이 수증기로 될때 부피의 증가
물의 경우 질문에서 링크시킨 게시판 글에 아주 아주 자세히 설명해 둔적이 있습니다. 이를 참고하세요.

물의경우 12^3=1728이기 때문에 물이 기체로 될 때 1728배가 된다는 것은 숫자놀음에 지나지 않습니다.
"이는 15*5=75이니까 당신의 체중은 75 kg이고 25-3=22이니까 당신의 나이는 22세입니다." 라는 논리와 같습니다.

물의 경우 온도가 일정하면 압력에 별로 큰 관계없이 밀도는 거의 일정하지만 수증기의 경우에는 수증기의 온도와 압력을 알고 있어야 밀도를 알 수 있기 때문입니다. 수증기는 공기와 같이 압축성 유체여서 압축하면 부피는 줄어들지요.

(2) 비용적 = 밀도의 역수 = 단위 질량당 부피....단위는 무수히 많음.

영어로는 Specific Volume이라고 하는데 단순히 "20℃ 물의 부피가 얼마냐?" 라든가 "120℃ 1.5 기압에서의 수증기 부피가 얼마냐?" 라고 질분하면 난감합니다.

이는 돼지고기 값이 얼마냐? 쌀이 얼마냐? 라는 질문에서처럼 뭔가가 하나 빠져 있기 때문이지요.
그렇지요. 금방알아 차렸습니다. 돼지고기 1kg에 얼마냐 쌀 25kg이 얼마냐 라고 물었어야 하지요
묻는이가 궁금했던 것은 단위량(여기서는 단위질량)당 가격이었습니다. 이들의 단위는 W/kg-돼지고기 또는 W/25kg-쌀이 되고 이것은 바로 "단가"였습니다.

마찬가지로 바로 앞 질문은 "20℃ 물 100 g의 부피가 얼마냐" 라든가 "120℃ 1.5 기압에서의 수증기 1 kg의 부피가 얼마냐" 라고 물었어야 합니다 .

이제 눈치채셨듯이 "비용적"은 바로 "단위 무게당(엄밀하게는 질량) 부피"를 말합니다. 단위는 당연히 cc/g, L/kg, m^3/kg, ft^3/lb 등이 쓰일 것입니다.

이들 단위를 각각 살펴보면 g/cc, kg/L, kg/m^3, lb/ft^3 으로 나타내는 밀도단위의 역수임을 알 수 있습니다.
밀도는 "단위부피당 무게(엄밀하게는 질량)"의 단위를 가지지요. 이로부터 비용적은 밀도의 역수임을 알 수 있습니다.

(3) 물이 증발해서 수증기가 될 때 샤를의 법칙사용? --- 안됩니다.

왜냐하면 샤를의 법칙은 압축성 유체에서 압력이 일정할 때 온도에 따라 부피가 어떻게 달라지나를 정의 한 것이고 다음 수식(1)로 나타낸 것입니다. 수증기가 응축하여 물이 되면 분자간의 거리가 크게 가까워지면서 응축 잠열을 방출합니다.
상변화를 동반하는 경우 이상기체의 법칙은 적용할 수가 없습니다.

액체상태의 부피를 알고자 하면 아주 복잡한 Regression 수식을 사용해야 합니다. 보통 핸드북에서 온도별 밀도를 구한다음 이의 역수를 구하면 "비용적"을 구할 수 있습니다. 예를 들면.. 95도에서 물의 밀도가 980 kg/m3이라고 하면 비용적은 (1/980)m3/kg이 됩니다. 다른 단위로 바꾸면 (1/980)L/g 또는 (1000/980) cc/g가 됩니다.

V2 = V1 * (T2/T1) 또는 V1/T1 = V2/T2 또는 V2/V1 = T2/T1.................(1)

참고로.. 보일의 법칙은 온도가 일정할 때 기체의 부피는 압력에 반비례한다는 법칙입니다. 다음 수식으로 나타내지요
V2 = V1 * (P1/P2) 또는 P1V1 = P2V2 또는 V2/V1 = P1/P2......................(2)

위의 보일-샤를의 법칙을 묶어서 이상기체법칙이라고 하는데 다음 수식으로 나타냅니다. 이상기체법칙은 보일과 샤를의 합작품임을 알 수 있습니다. 위의 두개의 수식을 암기하는 것보다 아래의 수식 하나만 암기하고 있으면 됩니다.
P1*V1/T1=P2*V2/T2..............................................................................(3)

P1=P2면 즉 압력이 일정하면 샤를의 법칙이 되고 T1=T2면 보일의 법칙이 되지요.

**보일의 법칙과 샤를의 법칙이 서로 혼동스러운데.. 대학시절 아르바이트하고 있을 때 여고생 하나가 화학선생님한테서 배웠노라고 "보온사압"이라고 해서 무슨 의미냐고 물었더니... "보일의 법칙은 온도 일정, 샤를의 법칙은 압력일정" 을 간단히 줄인 것이라고 풀어주었습니다.

필자도 솔직이....당시, 학생들 아르바이트 하면서도.. 보일과 샤를의 법칙이 서로 혼동스러웠었는데 그 학생으로부터 그 말을 듣고는 한수 배웠지요. 그 후론 필자도 전혀 헷갈리는 일이 없어졌습니다. "보온샤압" 지금생각해도 참 편리한 거였습니다

(1)물이 수증기로 될때 부피의 증가
물의 경우 질문에서 링크시킨 게시판 글에 아주 아주 자세히 설명해 둔적이 있습니다.  이를 참고하세요.

물의경우   12^3=1728이기 때문에  물이 기체로 될 때 1728배가 된다는 것은 숫자놀음에 지나지 않습니다. 
"이는 15*5=75이니까  당신의 체중은 75 kg이고  25-3=22이니까  당신의 나이는 22세입니다." 라는 논리와 같습니다.

물의 경우 온도가 일정하면 압력에 별로 큰 관계없이 밀도는 거의 일정하지만 수증기의 경우에는 수증기의 온도와 압력을 알고 있어야 밀도를 알 수 있기 때문입니다.    수증기는 공기와 같이 압축성 유체여서 압축하면 부피는 줄어들지요.

(2) 비용적 = 밀도의 역수 = 단위 질량당 부피....단위는 무수히 많음.

영어로는 Specific Volume이라고 하는데 단순히  "20℃ 물의 부피가 얼마냐?"  라든가 "120℃ 1.5 기압에서의 수증기 부피가 얼마냐?"  라고 질분하면 난감합니다.

이는 돼지고기 값이 얼마냐?  쌀이 얼마냐?  라는 질문에서처럼 뭔가가 하나 빠져 있기 때문이지요.  
그렇지요.  금방알아 차렸습니다.  돼지고기 1kg에 얼마냐   쌀 25kg이 얼마냐 라고 물었어야 하지요
묻는이가 궁금했던 것은 단위량(여기서는 단위질량)당 가격이었습니다.   이들의 단위는  W/kg-돼지고기 또는 W/25kg-쌀이 되고 이것은 바로 "단가"였습니다.

마찬가지로 바로 앞 질문은  "20℃ 물 100 g의 부피가 얼마냐"  라든가 "120℃ 1.5 기압에서의 수증기 1 kg의 부피가 얼마냐"  라고 물었어야 합니다 .

이제 눈치채셨듯이  "비용적"은 바로  "단위 무게당(엄밀하게는 질량) 부피"를 말합니다.  단위는 당연히 cc/g,  L/kg, m^3/kg,  ft^3/lb 등이 쓰일 것입니다.

이들 단위를 각각 살펴보면  g/cc,  kg/L, kg/m^3, lb/ft^3 으로 나타내는 밀도단위의 역수임을 알 수 있습니다. 
밀도는 "단위부피당 무게(엄밀하게는 질량)"의 단위를 가지지요.  이로부터 비용적은 밀도의 역수임을 알 수 있습니다.

(3) 물이 증발해서 수증기가 될 때 샤를의 법칙사용?   --- 안됩니다.

왜냐하면 샤를의 법칙은 압축성 유체에서 압력이 일정할 때 온도에 따라 부피가 어떻게 달라지나를 정의 한 것이고  다음 수식(1)로 나타낸 것입니다.   수증기가 응축하여 물이 되면 분자간의 거리가 크게 가까워지면서 응축 잠열을 방출합니다.  
상변화를 동반하는 경우 이상기체의 법칙은 적용할 수가 없습니다.

액체상태의 부피를 알고자 하면 아주 복잡한 Regression 수식을 사용해야 합니다.   보통 핸드북에서 온도별 밀도를 구한다음 이의 역수를 구하면 "비용적"을 구할 수 있습니다.    예를 들면.. 95도에서 물의 밀도가  980 kg/m3이라고 하면 비용적은 (1/980)m3/kg이 됩니다.  다른 단위로 바꾸면 (1/980)L/g  또는 (1000/980) cc/g가 됩니다.

V2 = V1 * (T2/T1)  또는  V1/T1 = V2/T2  또는 V2/V1 = T2/T1.................(1)

참고로.. 보일의 법칙은 온도가 일정할 때 기체의 부피는 압력에 반비례한다는 법칙입니다.  다음 수식으로 나타내지요
V2 = V1 * (P1/P2)  또는 P1V1 = P2V2  또는  V2/V1 = P1/P2......................(2)

위의 보일-샤를의 법칙을 묶어서 이상기체법칙이라고 하는데 다음 수식으로 나타냅니다.  이상기체법칙은 보일과 샤를의 합작품임을 알 수 있습니다.   위의 두개의 수식을 암기하는 것보다 아래의 수식 하나만 암기하고 있으면 됩니다.  
P1*V1/T1=P2*V2/T2..............................................................................(3)

P1=P2면 즉 압력이 일정하면 샤를의 법칙이 되고 T1=T2면 보일의 법칙이 되지요.

**보일의 법칙과 샤를의 법칙이 서로 혼동스러운데.. 대학시절 아르바이트하고 있을 때 여고생 하나가  화학선생님한테서 배웠노라고 "보온사압"이라고 해서 무슨 의미냐고 물었더니... "보일의 법칙은 온도 일정, 샤를의 법칙은 압력일정" 을 간단히 줄인 것이라고 풀어주었습니다.

필자도 솔직이....당시, 학생들 아르바이트 하면서도.. 보일과 샤를의 법칙이 서로 혼동스러웠었는데  그 학생으로부터 그 말을 듣고는 한수 배웠지요.  그 후론 필자도 전혀 헷갈리는 일이 없어졌습니다.    "보온샤압"  지금생각해도 참 편리한 거였습니다

기흉피플 rlgbd228

09-03-25 08:40

백지상태에서 하려니까 골떄리네요
답변감사합니다