기체의 온도에 따른 무게변화가 궁금합니다.

Question

안녕하세요

공기를 보면 뜨거운 공기는 위로 뜨고 차가운 공기는 아래로 깔립니다.

문득 궁금한데 이 공기는 무게가 일정할거 같은데 온도에 따라 무게가 달라지는것은

어떤 과학적인 원리일까요?

Answer 1

안녕하세요. 이만우 과학전문가입니다.

공기는 제한된 공간이 없기 때문에 대류현상에 의해 뜨거운 공기는 분자 활동이 상대적으로 활발하여 위로 상승하지만

차가운 공기는 이런 활동이 약하기 때문에 상대적으로 뜨거운 공기보다 낮은 위치에 있습니다.

만약, 밀페된 공간이나 용기에 있는 기체를 온도 변화를 준다면..이때는 온도가 올라가면 용기 전체의 무게가 더 무거워집니다.

이유는..용기내 닫혀 있는 공간에 활발해진 공기분자들이 용기벽과 충돌이 활발해져 압력으로 전환하여 전체 무게를 증가하게 하는 것이죠

반대로..온도를 낮추면 분자활동이 약해서 내부 압력이 떨어져 상대적으로 무게는 가벼워진답니다.

Answer 2

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

공기는 일정한 무게를 가지고 있지만, 온도가 달라짐에 따라 부피가 변화합니다. 뜨거운 공기는 차가운 공기보다 부피가 크므로, 뜨거운 공기는 차가운 공기보다 가벼워집니다. 따라서 뜨거운 공기는 차가운 공기보다 위로 올라가게 됩니다.

이러한 원리를 이해하기 위해서는 기체의 상태 방정식을 살펴볼 필요가 있습니다. 기체의 상태 방정식은 기체의 압력, 부피 및 온도 간의 관계를 설명하는 방정식입니다. 이 방정식은 기체의 성질을 이해하는 데 매우 중요합니다.

상수인 기체 상태 방정식에서, 기체의 압력은 부피와 온도에 비례하며, 기체의 밀도는 부피에 반비례합니다. 따라서 온도가 높아짐에 따라 기체의 부피가 커지고 밀도가 낮아지므로, 뜨거운 공기는 차가운 공기보다 가벼워집니다.

Answer 3

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

이유는 온도의 정의에 있습니다. 온도란 입자, 분자들의 평균 운동에너지(활발한 정도)입니다. 입자를 빠르게 움직이게 할 수록 온도가 높아집니다. 즉, 온도가 증가하면 입자들이 활발해져 부피가 증가하죠. 반대로 온도가 낮다는 것은 입자들의 움직임이 둔해 뭉쳐있음을 의미합니다.

즉, 온도가 낮아 뭉쳐있게 되면 같은 부피속에 더 많은 공기들이 존재해 무거워지며, 온도가 높으면 더 적은 공기들이 존재해 가벼워집니다. 그래서 찬공기는 가라앉고 뜨거운 공기는 상승하는 것입니다.

Answer 4

안녕하세요. 차민석 과학전문가입니다.

기체(氣體)"란 물질의 상태 가운데 하나랍니다. 고체나 액체에 비해 밀도가 낮아서 일정한 모양이나 정해진 부피가 없는 게 특징이죠. "밀도"란 물질이 정해진 부피에서 가지는 질량(무게)를 말하는데, 고체>액체>기체 순서로 밀도가 높아요.

기체는 정해진 형태가 없고, 공간이 넓어질수록 퍼지는 성질("확산",diffusion)을 가지고 있어요. 정해진 공간(부피) 안에 존재하는 입자가 적어서 입자 사이의 거리가 매우 크기 때문이에요. 입자 사이의 거리가 가까운 편인 액체와 고체와는 다른 특성이죠.

과학자들의 연구에 따르면 기체는 온도가 1도(℃) 씩 낮아질 때마다 부피가 1/273으로 줄어들어요. 그래서 영하(-) 273도(℃)가 되면 모든 기체의 부피는 0이 된답니다. 그래서 -273도(℃)를 "절대 영도(絶對零度, Absolute Zero)"라고 부르기도 해요. 그런데 대부분의 기체는 -273도(℃)가 되기 전에 액체가 되어버려요. 산소는 -183도(℃), 질소는 -196도(℃)가 되면 액체로 형태를 바꾼답니다.