기체에 관한 법칙 (연소론)

【아보가드로의 법칙】

  ▣ 표준상태 (0[℃], 1기압)에서 모든 기체 1 [mol (1kmol)] 이 차지하는 부피는 22.4 [ℓ (㎥)] 이다.

   ⊙ mol → g → ℓ

   ⊙ kmol → ㎏ → ㎥

  ▣ 1 [mol]의 #질량 = #분자량 [g]

  ▣ 1 [kmol]의 질량 = 분자량 [㎏]

​

1. 보일의 법칙 (Boyle's law)

   ※ 보일의 법칙은 온도를 일정하게 한 후에 압력과 부피와의 관계를 나타낸다.​

  ▣ 보일의 법칙은 기체의 온도가 일정하면 기체의 압력과 부피는 반비례한다는 법칙으로, 영국의 자연철학자, #화학자

       이자 물리학자인 보일(R. Boyle, 1627-1691)이 1662년에 발견하였다.

  ▣ 보일의 법칙을 좀 더 엄밀하게 표현하자면, 닫힌계에서 온도와 질량이 일정한 이상기체가 가지는 압력은 그 기체의

       부피에 반비례한다는 법칙이다

 

  ⊙ 이를 그래프로 나타내면 다음과 같다.

 

2. 샤를의 법칙 (Charl's law)

  ※ 압력이 일정할 때 기체의 #부피 는 온도에 비례한다는 법칙이다.​

    ▣ 샤를의 법칙은 기체의 부피가 기체의 온도에 비례한다는 법칙으로 #프랑스 의 과학자인 샤를 (J. Charles, 1746-

        1823)이 발견하였다.

 

  ▣ 샤를의 법칙은, 좀더 엄밀하게 표현하자면, 기체의 #압력 이 일정할 때 기체의 부피가 기체의 절대온도에 비례한다는

       법칙이며, 수학적으로 표현하면 다음과 같다.

 

   ⊙ 이를 그래프로 나타내면 다음과 같다.

 

3. 보일 - 샤를의 법칙 (Boyle-Charl's law)​

  ▣ #보일 · #샤를 의 법칙은 기체의 부피는 압력에 반비례하고 #절대온도 에 비례한다는 법칙으로, #보일 의 법칙과

      샤를의 법칙을 종합한 것이다.

 

   이를 수식으로 나타내면 다음과 같다. 

이를 그래프로 나타내면 다음과 같다.

 

4. 이상기체 상태방정식 ★

  ▣ 1834년 프랑스의 물리학자이자 공학자였던 클라페롱(B. P. E. Clapeyron, 1799- 1864)이 보일의 법칙(Boyle's law)과

       #샤를 의 법칙(Charles's law)를 조합하여 고안하였다. 이 방정식은 #동역학적 이론(kinetic theory)를 이용해서도

      유도할 수 있으며, 1856년에 독일 #물리학자 이자 화학자였던 크뢰니히(K. A. Krönig, 1822-1879)와 1857년에 독일

      물리학자이자 #수학자 였던 클라우지우스(R. J. E. Clausius, 1822- 1888)가 서로 독립적으로 발견했다.

 

   이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.

 

[기체 상수 (R)]​

 < 특정 기체 상태 방정식 >​

【 출제 예상 문제】

​

1. 실내에서 화재가 발생했을 경우, 처음 실내의 온도가 21 [℃]에서 화재시 실내의 온도가 650 [℃]가 되었다면 이로 인하여

     팽창된 공기의 부피는 처음의 약 몇 배가 되는가 ? 

      [단, 대기압은 공기가 유통하여 화재 전이나 후가 거의 같다고 한다.) ①

   ① 3             ② 6                ③ 9                    ④ 12

 

2. #표준상태 11.2[ℓ]의 기체질량이 22[g] 이었다면 이 기체의 #분자량 은 얼마인가 ? ③

     ① 22              ② 35                   ③ 44                     ④56

 

3. #위험물 탱크에 압력이 0.3[Mpa]이고, 온도가 0[℃]인 가스가 들어 있을 때 화재로 인하여 100 [℃] 까지 가열되었다면

     압력은 약 몇 [Mpa]인가 ? (단, #이상기체 로 가정 한다) ①

   ① 0.41                ② 0.52                   ③ 0.63                    ④ 0.74​