학문
불꽃의 온도는 어느정도인가요 그리고 불꽃의 온도가 마이너스일수있나요?
에너지(온도)라는것은 뭘까요 그리고 고체와 액체 기체같은것은 어떻게 판단될까요 3개가 동시인경우와 2개가 동시인 경우는 있나요? 플라즈마는 뭔가요
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 정철 박사입니다.
불꽃의 온도는 색에따라 다릅니다 붉은색보다 파란색의 온도가 더 높습니다 그리고 불꽃이란 연소에 의해 나타나는 현상으로 마이너스가 될순 없습니다. 그리고 플라즈마는 제4의 물질이라고 알려져 있습니다
안녕하세요.
불꽃의 온도는 연료 종류와 산소 공급량에 따라 크게 달라지는데요, 예를 들어 촛불의 불꽃은 보통 약 800도에서 1400도 정도이고, 가정용 가스레인지 불꽃은 약 1500도에서 2000도 정도까지 올라갈 수 있습니다. 산소 공급이 충분한 산소-연료 토치는 3000도 이상이 되기도 합니다. 이때 불꽃의 색도 온도와 관련이 있는데요, 일반적으로 붉은색보다 푸른색 불꽃이 더 높은 온도를 나타내는 경우가 많습니다. 불꽃의 온도가 마이너스가 될 수 없습니다. 불꽃은 연소 반응으로 에너지를 방출하며 주변 기체 분자들의 운동이 매우 활발한 상태이기 때문에 일반적으로 높은 온도를 가지며, 따라서 우리가 쓰는 섭씨 온도 기준에서 불꽃이 영하가 되는 일은 현실적으로 없습니다.
다음으로 고체, 액체, 기체와 같은 물질의 상태는 입자들의 배열과 움직임으로 판단합니다. 고체는 입자들이 규칙적으로 매우 가까이 붙어 있고, 제자리에서 진동만 합니다. 예를 들어 얼음이 대표적입니다. 다음으로 액체는 입자들이 가까이 있지만 서로 미끄러지며 움직일 수 있으며 형태는 변하지만 부피는 비교적 일정합니다. 마지막으로 기체는 입자들이 멀리 떨어져 자유롭게 움직이고, 형태도 부피도 일정하지 않으며 수증기가 대표적입니다. 이때 물질은 단순히 한가지 상태일 필요는 없으며 두 가지 상태도 동시에 가능합니다. 예를 들어 얼음이 녹는 순간에는 고체와 액체가 동시에 존재할 수 있고, 물이 끓는 순간에는 액체와 기체가 함께 존재할 수 있습니다. 세 가지 상태가 동시에 존재하는 경우도 있으며 이것을 삼중점이라고 하는데요, 특정 온도와 압력 조건에서는 같은 물질이 고체, 액체, 기체 상태로 동시에 평형을 이룰 수 있습니다. 마지막으로 플라즈마란 흔히 제4의 물질 상태라고 부릅니다. 기체에 매우 높은 에너지가 공급되면 원자에서 전자가 떨어져 나가고, 양전하를 띤 이온과 자유 전자가 섞인 상태를 바로 플라즈마라고 합니다. 예를 들어 태양, 번개, 형광등 내부, 네온사인 등에서 플라즈마를 볼 수 있으며, 플라즈마는 전기를 잘 통하고 자기장에도 반응하는 독특한 성질을 가집니다. 감사합니다.
안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
일상에서 흔히 접하는 촛불이나 가스레인지 불꽃의 온도는 보통 섭씨 800도에서 1500도 사이를 오갑니다. 하지만 물질과 산소 공급량에 따라 용접에 쓰이는 아세틸렌 불꽃은 3000도 이상까지 올라가기도 합니다. 불꽃의 온도가 마이너스가 될 수 있는지에 대해서는 일반적인 연소 반응으로는 불가능합니다. 연소는 물질이 산소와 결합하며 에너지를 방출하는 발열 반응이기 때문입니다. 다만 특수한 실험 환경에서 입자의 운동 에너지를 극도로 낮추는 냉각 방식을 통해 절대영도에 가까운 상태를 연구하긴 하지만 이를 우리가 아는 형태의 불꽃이라고 부르기는 어렵습니다.
에너지와 온도의 본질은 결국 입자의 역동성입니다. 온도는 물질을 구성하는 원자나 분자들이 얼마나 활발하게 움직이느냐를 나타내는 척도입니다. 입자가 빠르게 진동하고 부딪힐수록 온도가 높다고 표현하며 이것이 곧 열에너지의 상태를 의미합니다. 물질의 상태인 고체, 액체, 기체는 이 입자들이 서로 당기는 힘과 움직이려는 힘 사이의 균형으로 결정됩니다. 입자들이 서로 단단히 붙어 제자리에서 진동만 하면 고체, 어느 정도 자유롭게 흐르기 시작하면 액체, 인력을 뿌리치고 사방으로 흩어지면 기체가 됩니다.
재미있는 점은 이 상태들이 동시에 존재할 수 있다는 것입니다. 특정 압력과 온도에서 고체, 액체, 기체가 평형을 이루며 공존하는 점을 삼중점이라고 부릅니다. 예를 들어 물은 0.01도와 아주 낮은 압력 상태에서 얼음, 물, 수증기가 동시에 나타납니다. 두 상태가 공존하는 경우는 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는데, 컵 속의 얼음물은 고체와 액체가 섞여 있으며 끓는 물은 액체와 기체가 공존하는 상태입니다.
마지막으로 플라즈마는 기체에 더 강력한 에너지를 가했을 때 나타나는 제4의 상태입니다. 기체 분자가 에너지를 너무 많이 받으면 원자핵과 전자가 분리되어 자유롭게 돌아다니는 이온화 상태가 됩니다. 우주의 99퍼센트 이상이 이 플라즈마 상태이며 지구에서는 번개, 오로라, 그리고 우리가 사용하는 형광등 내부나 네온사인에서 그 모습을 확인할 수 있습니다. 강력한 에너지를 품고 있어 전기 전도성이 매우 높은 것이 특징입니다.