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액상변화에 대하여 확실히 이해합시다 | ||
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일반적으로 기계설계자들, 또는 현장엔지니어들은 액상변화에 관련한 열역학적 이론을 무시하고자 하는 경향이 있다. 이 같은 오류는 자신의 직무를 한정된 곳으로 극한하여 광범위하게 적용할 수 있는 응용분야로의 접근의 스스로 포기하는 것이라고 생각한다.. 그런 의미에서 열역학, 유체역학의 가장 기본적인 내용에 대해 정리를 해두고 넘어가지 않을 수 없다 1) 액체의 증발 액체의 분자는 분자간 인력에 의해 서로 결합하고 있다. 동시에 주변의 열로 인하여 끊임없이 운동하여 서로 떨어지려고도 한다. 그래서 어느 정도 열 운동이 격해지면 분자간 인력에 싸워 이기는 분자들은 이를 벗어나 밖으로 달아나는 분자도 나온다. 이 현상이 『증발』이며, 이때 달아난 분자를 『증기』라고 한다. 온도가 상승하면 달아나는 분자의 수가 증가하여 압력이 높아지고 증발과는 반대로 분자운동으로 액체에 뛰어들어 다시 액체가 되는 현상을 볼 수 있는데 이를 『응축』이라 한다. 그리고 증기의 압력이 어느 치 정도 이상이 되면 달아나는 분자와 뛰어들어오는 분자의 수가 같아져 더 이상 압력이 늘지 않는 상태가 되는데 이때의 압력을 액체의 『(포화) 증기압』이라 한다. 증기압의 크기는 액체의 종류에 따라 크게 다르지만 일반적으로 화학구조가 비슷하면 분자량이 많을수록 작아진다. 2) 액체의 비등 액면에 접한 공간 부의 압력이 (포화)증기압보다 작아진 경우를 생각해 보자. 이 경우, 액체를 벗어나려고 하는 힘 쪽이 억누르려는 힘 보다 커지고 따라서 액체의 분자는 표면에서 뿐만이 아니라 액 내부에서도 증발을 시작하는데 이 현상을 『비등』이라 하고 포화 증기압과 액면상의 압력이 같아지는 온도를 『비등점』이라 한다. 일반적으로 "물은 100℃에서 비등한다." 라 하는 것은 수면 위의 압력이 대기압인 경우 (1.033kgf/㎠)에 한한다. 압력이 낮아지면 당연히 액을 누르는 힘이 작아져 비등점이 떨어지게 되는 것이다 예를 들면 산 정상에서는 지상과 비교하여 볼 때 기압이 낮기 때문에 비등점이 낮아서 물은 대개 100℃ 이하에서 비등하고 반대로 압력솥 등을 사용하면 빨리 조리할 수 있는 이유는 솥의 내부가 고압이 되어 물의 비등점이 상승하여 재료를 100℃ 이상의 온도에서 익어 들어가게 할 수 있기 때문이다. 즉 액체는 온도가 높아지기 때문에 비등하는 것이 아니라 그 온도일 때의 증기압이 액면에 작용하는 압력보다 커지는 때문에 비등하는 것임을 알 수 있다. 3)건증기 와 과열증기 1,2에서 서술하였듯이 비등점 이상을 넘어가게 되면 정적조건에서 액체상보다는 기체상의 분자가 더욱 많아져 분자의 운동은 활발해지게 되고 마참내 액상은 존재하지 않고 기체상만 존재하게 되는 점이 되는데 이러한 상태의 증기를 건포화증기 또는 줄여서 건증기라 한다. 일반적으로 물의 비등점인 100℃ 이고 건증기를 넘어서게 되면 물의 온도는 다시 증가하기 시작하여 증기가 점점 과열되는 현상이 발생되는데 이를 과열증기(Super_Vapor)라 한다.. 이러한 성질은 산업계에서 증기기관 및 각종 펌프기술에 응용되지만 반대로 캐비테이션이라는 악재도 작용하게 되므로 기본적인 내용을 철저히 학습해 둘 필요가 있는 것이다. 
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| Toal 65 |
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