온도와 공기의 밀도의 상관관계에 대해 알려주세요
온도가 높아지면 공기의 분자 활동이 활발해져 밀도가 더 낮아 지게 되나요? 공기는 압력이 높은 곳에서 낮은곳으로 이동하게 되며 이것이 곳 바람이 된다고 알고 있는데 그럼 지구의 바람은 항상 추운 지역에서 더운 지역으로 불게 되는건가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.
먼저, 온도의 정의를 말씀드리겠습니다. 물리적으로 온도라는 것은 입자, 분도의 평균 운동에너지(운동의 활발성)입니다. 운동 에너지의 크기에 따라 온도를 수치화하여 약속하였습니다. 즉, 입자가 정확하게 멈춰 있으면(정지해 있으면) 0K(-273도씨) 입니다. 우리 우주는 입자로 구성되어 있으며, 입자들은 운동을 하고 있기 때문에 온도를 갖고 있습니다.
밀도는 부피, 온도, 압력, 입자수 등과 연관지을 수 있습니다. 이러한 변수들에 의해 밀도가 달라질 수 있죠.
만약 부피가 일정한 용기안에 공기가 있다고 치면 밀도는 용기속 공기의 질량을 용기의 부피로 나눈 값이 됩니다. 온도가 높아진다고 한들 밀폐된 용기 내의 공기가 사라지지는 않습니다. 그래서 밀도는 변하지 않죠. 하지만 용기의 크기가 변할 수 있거나, 공기가 빠져나갈 수 있으면 이야기는 달라지며 밀도도 바뀔수 있습니다.
보통 공기중에서 온도가 높아지면 공기 분자의 운동이 활발해져 잘 확산해 나갈 수 있으며 밀도가 낮아질 수 있습니다.
공기의 압력은 높은곳에서 낮은곳으로 이동합니다. 왜냐하면 압력은 단위면적에 작용하는 힘으로 압력이 크면 힘이 크다고 생각할 수 있습니다. 즉, 힘이 큰쪽이 힘이 작은쪽을 밀어낸다고 이해하면 되기 때문에 압력이 큰쪽에서 낮은쪽으로 이동합니다.
마찬가지로 온도가 낮을수록 밀도가 높아지며, 온도가 높을수록 밀도가 낮아집니다. 밀도가 높은 곳의 공기는 밀도가 낮은 곳으로 이동하게되죠. 물론 밀도가 낮은곳에서도 밀도가 높은곳으로 이동하지만, 둘의 양을 비교했을 때 밀도가 높은곳에서 낮은곳으로 유입되는 양이 많기 때문에 바람의 방향은 밀도가 높은곳에서 낮은곳이 됩니다. 즉, 우리 지구내 대기중에서 대게 온도가 낮은곳에서 높은곳으로 바람이 이동하게되죠.
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온도와 공기의 밀도는 서로 밀접한 관계를 가지고 있습니다. 일반적으로, 온도가 증가하면 공기의 분자들이 더 빠르게 움직이고 열에너지를 효과적으로 전달하므로 공기의 평균 운동 에너지도 증가합니다. 이로 인해 공기 분자들이 서로 떨어지는 경향이 생기고, 공기의 부피가 확장되어 밀도가 감소합니다.
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온도가 높아지면 공기의 분자 활동이 활발해져 밀도가 더 낮아집니다. 공기는 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하게 되며 이것이 바로 바람입니다 따라서 지구의 바람은 항상 추운 지역에서 더운 지역으로 불게 됩니다.
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