왜 구름이 생성될 때 단열팽창하면 온도가 낮아지나요?

Question

저기압에서 바람이 반시계 방향으로 불어 상승기류가 생기고 단열팽창되어 기온이 하강하여 상대습도가 높아져 이슬점에 도달한다는데 단열팽창을 하여 기온이 왜 떨어지는 지 모르겠어요

Answer 1

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.

구름이 생성되는 과정에서 단열팽창이 일어나면 온도가 낮아지는 이유는 에너지 보존 법칙과 관련이 있습니다.

단열팽창이란 외부에 있는 공기 분자들을 밀어내려면 공기덩어리 내부의 에너지를 사용하여 부피를 팽창시켜야 하는 현상입니다. 이 과정에서 공기덩어리 내부의 에너지가 외부에 있는 분자의 운동 에너지로 전환되는데, 주위와 열 교환이 없는 단열 상태이므로, 전환된 에너지만큼의 에너지를 잃어야 합니다. 그 결과, 내부 에너지가 감소하고 이 감소 효과로 기온이 떨어집니다.

다시 말해 구름이 만들어지는 과정에서는 수증기를 가지고 있는 공기가 상승하는 조건이 되면 단열 팽창으로 부피가 커지면서 온도가 점점 낮아지게 되는 것이죠.

그리고 지속적인 공기 상승으로 기온이 낮아지며 이슬점에 도달하게 되면 수증기는 응결하여 물방울이 생기고 이렇게 생긴 물방울이 모여 높은 곳에 떠있는 것이 바로 구름입니다.

Answer 2

안녕하세요. 이용준 과학전문가입니다.

팽창한다는 것은 주변의 공기를 밀어내는 일을 하는 것입니다. 단열은 열이 공급되지 않는다는 의미입니다. 물체가 일을 하려면 에너지가 필요합니다. 단열팽창은 외부로부터 에너지의 공급이 없이 일을 하는 것이므로 자체 에너지를 사용하게 되고 이에 따라 내부 에너지의 감소로 온도가 내려가는 것입니다.

도움이 되셨기를 바랍니다. 감사합니다.