일반물리학실험 | 기압 변화에 따른 현상

 

 

 

TIP

 

 

우리는 공기 분자들로 빽빽한 공간 안에 살며, 이 공기 분자들이 가하는 엄청난 압력 속에서 살고 있지만 그 존재를 잊고 산다. 만일 기압이 바뀌면 어떤 일들이 일어날까? 높은 산에서 밥을 하면 쌀이 설익는다는데 그 이유는 무엇일까? 본 실험에서는 기압을 낮추거나 높일 때 일어나는 현상을 관찰함으로써 기압의 역할을 이해하고자 한다.

 

 

 

기압이 달라질 때 물체의 형태나 끓는점이 어떻게 변하는가?

1. 기압 : 대기가 단위면적을 수직으로 누르는 힘을 의미한다. 상층으로 올라갈수록 공기의 양이 적어지므로, 기압도 감소한다.

 

2. 기압 증가 : 물체 찌그러짐, 끓는점 상승

 

3. 기압 감소 : 물체 팽창, 끓는점 하강

 

4. 증기압 : 액체 또는 고체에서 증발하는 압력으로, 증기가 고체나 액체와 동적평형상태에 있을 때의 포화증기압을 말한다 같은 물질이라도 온도가 높아지면 증기압이 높아진다.

 

5. 열역학과정(등적) :어떤 닫힌계가 열역학 과정을 거치고 있을 때 그 계의 부피가 일정하게 유지되는 과정이다.

 

6. 이상 기체 방정식 : 이 식은 기체에 적용하는 보일의 법칙, 샤를의 법칙 아보가드로의 법칙을 일반화 한 것이다.

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실험 방법

1. 소형 공기 펌프

1) 주사기의 피스톤을 움직여보며 공기의 이동 방향이 어느 쪽인지 확인한다.

 

2) 실험 목적에 맞게 공기 펌프의 한쪽 관을 감압/가압 소켓에 연결한다. (소켓에서 관을 뺄 때는 소켓에 붙어있는 원판을 아래로 누르면서 관을 당기면 쉽게 빠진다.)

 

3) 윗면 밸브와 뒷면 밸브는 모두 닫아놓는다. 아래 내용을 참조하여 용기의 뚜껑을 닫는다. (용기의 벽은 이중 벽으로 되어 있고, 이중 벽 사이는 진공으로 되어 있다.

 

4) 압력을 높이거나 낮추면서 기압의 변화를 읽어보라.

 

2. 기압에 의한 물체의 변형

1) 기압에 따른 변화를 보고 싶은 물체들(풍선, 초코파이 등)을 선택하여 용기 내부에 넣고 뚜껑을 닫는다. 펌프를 사용하여 내부의 압력을 높이거나 낮출 수 있다.

 

 

2) 기압의 변화에 따른 물체들의 변화를 관찰하고 적어보라.

 

3) 용기 내부에 소리나는 물체를 넣어두고 바깥에서 소리를 들어보라. 압력이 바뀌면 소리가 어떻게 달라지는가? 그 이유는 무엇인가?

 

 

3. 압력에 따른 온도 변화

1) 정해진 양의 공기를 주사기 등으로 팽창시킬 때 공기의 온도는 어떻게 변할까? 또 압축시킬 때는 온도가 어떻게 변하겠는가?

 

2) 물체를 모두 제거한 후, 내부 압력에 따라 내부 기체의 온도가 어떻게 변하는지 관찰하고 기록해보라. (실험을 너무 빠르게 진행하면 온도계가 기체의 온도를 정확히 읽을 수 없고, 실험을 너무 늦게 진행하면 용기 내부와 바깥의 열 교환에 의해 온도 변화가 감소할 수 있다.)

 

3) 압력과 온도와의 상관관계를 그래프로 그려보라. (측정 직후 그래프를 손으로라도 대략 그려보는 것이 좋다.)

 

4. 압력에 따른 끓는점의 변화

1) 물이 액체에서 기체 상태로 변화하는 온도(끓는점)는 섭씨 100℃라고 알려져 있다. 그러나 물의 상평형 곡선을 보면 끓는점이 외부 압력에 따라 달라짐을 볼 수 있다. 압력이 낮아질수록 끓는점은 올라가는가 내려가는가?

 

 

2) 위의 그래프(증기압력곡선)에 의하면 100℃에 못 미치는, 약간 식어버린 물이라도 압력만 바꿔준다면 다시 끓게 만들 수 있다! 전기 주전자로 데운 뜨거운 물을 용기 안에 넣은 후 압력을 낮추어 물이 끓게 만들어보라

 

3) 이 실험 장치를 사용하면 기압과 물의 온도를 동시에 잴 수 있으므로, 증기압력곡선의 일부를 직접 측정해볼 수도 있을 것이다. 시도해보라.

 

4) 증기압력 곡선 그래프

 

 

 

[일반물리학실험]기압 변화에 따른 현상 레포트