가스 온도,압력,비중,증기압

[턍야]

뜨겁고 차가운 정도를 나타내는 척도로서 일반적으로사용되는 온도는 섭씨온도(℃)와 화씨온도(℉)가 사용됩니다
섭씨온도의 경우는 물의 끓은 점과 어는 점을 100등분하여 끓은 점을 100℃, 어는 점을 0℃로 정해 사용하는 온도이고, 화씨 온도의 경우는 물의 끓은 점과 어는 점을 180등분하여 끓은 점을 212℉ 어는점을 32℉로 정해 사용하는 온도입니다.

섭씨온도와 화씨온도의 환산값을 보면 다음과 같습니다.

각 분야 및 나라마다 여러 가지가 사용되고 있으며, 현재 사용되고 있는 압력의 단위는 다음과 같다.

압력의 단위

Pa	기압	kg/cm2	수은주(mmHg)	수주(mH2O)
1.013x105	1	1.0332	760	10.332
1.0x105	0.9872	1.0197	750.2468	10.197

※ 국제단위(SI) : Pa

Pa = pascal : 1㎡에 1m의 힘을 받을때의 압력. 대부분의 경우 이단위는 너무 작기 때문에 기순분야에서는 1kPa, 기상분야에서는 MPa을 사용하고 있습니다.

※ 기압이란

지구 중심에서 끌어 다니는 힘, 즉 중력에 의해 공기분자들이 모여 지구주위에는 대기압(공기가 가지는 압력)이 형성되어 있으며, 이러한 대기압이 기준이 되는 압력을 말하며 단위는 atm이 사용되고 있습니다.
이러한 대기압을 이용해 처음으로 사용한 압력이 수은주이며, 같은원리를 이용해 수주를 측정하였습니다.

그림설명 내용 입력 요망

그림에서 보는바와 같이 공기가 누르는 힘에 의해 수은이 올라간 높이를 수은주로 표기합니다. 위의 실험을 토리첼리(torricelli)의 실험이라 하며, 이실험을 통해 공기가 누르는 1atm의 압력을 수은이 올라간 높이로 환산할 수 있습니다.

압력은 밀도×높이로 표시될 수 있으며, 수은이 올라간 높이에 수은의 밀도를 곱하거나, 물이 올라간 높이에 물의 밀도를 곱하면 게이지 압력을 얻을 수 있다. 환산값은 1.0332입니다.
일반적으로 사용되는 압력을 보면 공기중에서의 압력을 “0”으로 놓고 대기압 압력을 측정합니다. 예를 들어, 그림과 같이 배관이 공기중에 관통된 경우 압력계를 보면 0의 압력을 표시합니다.

이렇게 공기의 압력을 “0”으로 하고 측정하는 압력을 게이지압력이라하며, 공기의 압력을 “101.3kPa"로 놓고 측정하는 압력을 절대압력이라고 합니다. 결론적으로 게이지압력은 대기압이 빠진 압력이므로, 게이지압력에 대기압을 더한 압력이 전체적인 압력인 절대압력이 됩니다.

※ 대기압 + 게이지압력 = 절대압력

현재, 각 실무분야에 쓰이는 압력은 대부분이 게이지압력을 쓰며, 가스분야도 마찬가지입니다. 한편, 절대압력은 학문분야에 주료 사용됩니다.

[가스비중]

가스비중의 기준이 되는 물질은 공기이며, 가스의 무게와 공기의 무게를 비교한 값이 비중이 됩니다. 정의를 보면, 기체의 질량과 그 기체와 같은 조건 체적의 공기질량과의 무게비를 뜻하며, 일반적으로 표준상태(0℃, 1atm)의 기체와 표준상태의 공기를 비교합니다. 이때 공기의 기준부피(22.4ℓ, 1 mol)의 질량은 29g으로 합니다.

비중을 구하는 수식은 아래과 같으며, 예를 들어 메탄(CH₄)의 비중을 구해보면, 약 0.55임을 알 수 있습니다.

(여기서 메탄의 무게는 16g임)

위와 같이 비중을 구할 수 있으며, 메탄의 비중 0.55가 뜻하는 것은 공기와 무게를 비교했을 때 공기의 0.55배 즉, 공기보다 가볍다는 뜻입니다.

[액비중]

액체의 비중을 액비중이라 부르며, 기준이 되는 물질은 4℃의 물입니다. 4℃의 물 1㎤는 질량이 1g이기 때문에 밀도의 값과 비중의 값이 같게 됩니다.

[증기압]

투명한 내압용기를 진공으로 하여 액상의 액화석유가스를 넣어 일정온도에서 밀폐시키면 액체의 일부는 기화되고 어느 정도의 압력에 이르면 더 이상 기화가 일어나지 않게 됩니다. 이 때의 액상태를 유지하고 있는 압력을 증기압 또는 포화 증기압이라고 하며, 동일성분 동일온도라면 용기에 들어있는 액체의 양과 관계없이 압력은 일정하게 유지됩니다.

- 증기압의 원리

증기압은 액체의 종류와 온도에 따라 다르며, 같은 물질일 경우 온도가 일정하다면 용기에 들어있는 액체의 양과 관계없이 압력은 일정하게 된다.

뚜껑이 없는 용기에 액상의 액화석유가스를 넣으면 증발하기 시작하여, 분자가 대기중으로 날아가 버리고 액상의 액화석유가스는 용기에 남아있지 않게 됩니다. 그러나 뚜껑이 있는 용기에 액상의 액화석유가스를 넣고 온도를 일정하게 유지하면 액체상태의 액화석유가스가 일부 증발하여 기체가 되어 용기내의 공간을 채우고, 일정한 압력을 갖게 됩니다. 용기내의 액화석유가스압력은 결국 이 가스가 갖는 압력이며, 이 압력이 상부로부터 액면을 눌러 액체상태의 액화석유가스는 더 이상 증발하지 못하고 그대로 액체상태를 유지하게 됩니다.

용기밸브를 열어 용기내 상부공간을 채우고 있는 가스의 일부를 사용하면, 그 공간부분의 가스량이 감소하기 때문에 압력이 낮아진다. 그 결과 액면에 가해지는 압력도 감소되어 액체상태의 액화석유가스는 다시 증발하여 가스를 발생하게 된다. 용기밸브를 닫으며 가스가 증가하여 압력이 상승하고 결국 증발이 정지되어 일정한 압력을 유지하게 된다.

[프로판, 부탄의 온도에 따른 증기압 (게이지압력)]

온도(℃)		0	10	20	30	40
중기압 kPa	프로판	382.4	529.4	725.7	931.6	1245.4
	부탄	0	39.2	107.9	176.5	274.6

[김동문]

좋은자료 감사합니다.