아낌없이 주는 나무

일반 기체 상수 : P V = n R T , 특정 기체 상수 : P V = m R T

​

이상기체 상태방정식에 적용하는 기체상수에는 일반기체 상수 (R)와 특정기체상수(R')가 있다. 이 기체 상수는 모두 기호로 R을 똑 같이 사용하기 때문에 혼동하는 경우가 많다.

이들 기체 상수가 어떻게 구분되는지 알아 보자.

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기체의 상태를 분석하는 사용하는 기본 공식으로 이상기체 상태방정식이 있는데 여기에 사용하는 기체상수로 일반기체상수가 적용되느냐, 특정기체상수가 적용되느냐에 따라 이상기체 상태방정식이 다음과 같이 구분된다.

​

1. 일반 기체 상수

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가. 보일의 법칙

보일의 법칙에 따르면 온도가 일정하다면 표준상태 (0℃, 1기압)의 기체의 부피는 압력에 반비례한다고 한다.

P1 · V1 = P2 · V2

나. 샤를의 법칙

샤를의 법칙에 따르면 압력이 일정하다면 표준상태의 기체의 부피는 절대 온도와 비례한다고 한다.

그런데 보일의 법칙과 샤를의 법칙은 합하여 하나의 식으로 나타낼 수 있다.​

다. 아보가드로의 법칙

아보가드로는 표준상태 (0℃, 1기압)에서 기체 상태의 물질은 원자량, 분자량의 만큼의 질량을 가진 기체의 부피를 1몰 (mol)이라 하는데 모든 기체은 표준상태에서 원자량, 분자량은 달라도 그 부피는 22.4 ℓ 로 동일하고 입자수도 6.02 × 10^23 개로 같다는 것을 알아 냈다.

따라서 아보가드로의 법칙에 따르면 표준상태에서 기체의 부피는 그 기체의 몰수에 의해 결정된다고 한다. 이를 식으로 나타내면 다음과 같다.​

그런데 위 비례식을 등식으로 만들기 위해서 사용하는 비례상수가 일반기체상수 (R)이다.​​

표준 상태에서 1기압 (101,325 [Pa] = 101,325 [N/㎡]) 0 [℃] (273.15 K)인 이상 기체 1 몰(mol)의 부피는 22.41 [ℓ] 이다. 이를 위식에 대입하여 일반기체상수 (R)을 계산해 보면 8.314 [J/mol · K]라른 값을 얻을 수 있다.​

기체상수는 기체가 이상기체라고 가정한다면 기체의 종류와 관계없이 일정한 값이 된다.

일반기체상수를 이용하여 이상기체상태방정식을 다음과 같이 표현한다.

P V = n R T

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2. 특정 기체 상수

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일반기체상수는 모든 기체에 동일하게 적용되는 비례상수이다. 아보가드로 법칙에 의하면 모든 기체는 표준상태에서 1 몰 (mol)의 부피가 같기 때문에 1 몰 (mol)을 기준으로 모든 기체에 적용할 수 있는 비례상수를 도출하여 이를 일반기체상수라고 부른다.

​

반면, 특정 기체 상수는 특정한 기체, 개별 기체의 상태방정식에 적용하는 비례상수를 말한다. 개별 기체에 적용하기 위해 일반 기체 상수를 해당 기체의 몰 질량으로 특정기체상수를 산정한다. 즉, 일반기체 상수는 모든 기체에 적용하기 위해 기체 1몰 (mol)을 기준으로 비례상수를 정하는 반면, 특정 기체 상수는 해당 기체에 적용하기 위해 일반 기체 상수를 해당 기체의 몰질량으로 나누어 해당 기체 1 [g]을 기준으로 비례상수를 산정한다.

​

예를 들면, '수증기'의 분자식은 H2O이다. 분자량은 18이고 몰질량은 약 18 [g/mol] 이다. (수증기 1몰 (mol)의 무게가 18[g]이라는 뜻이다)

이를 이용하여 일반기체상수 8.314 [J/mol ·K]의 몰 단위 일반기체상수를 몰질량 18 [g/mol] 으로 나누어 주면 수증기의 특정기체상수 0.462 [J/g · K]를 얻을 수 있다.​

같은 방법으로 '공기 (몰질량 : 약 29 [g/mol]), 암모니아 (약 17[g/mol]), R-22 (약 86.5 [g/mol]) 등을 이용하여 해당 기체의 특정 기체상수를 구할 수 있다.

위에서 말한 기체의 몰질량과 특정기체상수는 다음과 같다.

일반기체 상수를 Rideal, 특정 기체상수를 Rspecific 라고 하면 이상기체 상태방정식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.​

여기서, M : 몰(mol) 질량, m : 기체의 질량

​

특정기체상수를 이용한 이상기체상태방정식도 일반적으로 PV = mRT 등으로 나타내는데,

이 때 기체상수 R은 특정기체상수임을 주의해야 한다.

​

3. 비열과의 관계

​

어떤 기체가 열을 받으면 이 기체는 온도가 상승함과 동시에 부피가 증가하게 되는데

이 때 '온도 상승'과 '부피의 팽창' 비율은 특정 기체 상수에 따라 정해진다.

어떤 기체가 동일한 '정적 비열'을 가진다고 가정한다면 '특정 기체 상수'가 높으면 이 기체가 열을 받았을 때 외부로 더 많은 일을 하게 된다(온도 변화 대비)고 한다.

특정 기체 상수는 기체의 몰질량이 작을 수록 (다시 말하면 기체가 가별울 수록) 커지므로

'열을 받은 기체의 몰질량'이 작을 수록 외부로 더 많은 일을 한다(단, 비교하는 기체들이 동일한 정적 비열을 가진다는 가정에서)는 의미가 된다.

여기서, P · △V : 열을 받은 기체가 외부에 한 일

             R' : 특정기체 상수, M : 기체의 몰질량

​

#기체상수 #일반기체상수 #특정기체상수 #몰질량 #이상기체 #상태방정식 #비열 #온도

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1. 방호구역 체적이 500 ㎥인 어느 소방대상물에 이산화탄소 소화설비를 설치하였다. 이곳에 이산화탄소 100 ㎏을 방사

     하였을 경우 이산화탄소 농도 [%]를 구하시오. (단, 실내압력은 121.59 kPa, 실내온도는 35 ℃ 이다.) [4점] ★★★★★

[참고] 이산화탄소의 방출량 및 농도 계산식 유도​

[공식유도]

 ▣ 가스 방출 전 · 후의 산소(O2)의 용량은 같다는 것을 이용한다.

      V × 21 % = ( V + Q ) × O2%

       21 V = O2 · V + O2 · Q, O2 · Q = 21 V - O2 · V​

▣ 위 식을 이용하여 이산화탄소(CO2)의 농도 [%]에 관한 식을 유도해 보자.

[문제풀이]​

[해설] 이산화탄소 (CO2)의 농도 (%)

 가. 이산화탄소(CO2)의 농도​

 나. 이상기체 상태 방정식​

       여기서, P : 압력 [Pa, N/㎡]

                    V : 부피 (방출가스량) [㎥]

                    W : 질량 [㎏]

                    M : 분자량 (CO2 : 44㎏, 할론 1301 : 148.95 ㎏)

                    R : 기체 상수 (8,313.85 [N·m/kmol·K], 8,313.85 [N·m/·K])

                    T : 절대온도 (273 + ℃, K)

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2. CO2 의 설계농도가 34%이다. 방호구역에 방사될 경우 산소의 농도는 얼마인가 ?

[문제풀이]​

[해설] 산소 (O2)의 농도 [%]

▣ 이산화탄소 (CO2)의 농도​

나. 산소 농도 [%]​

[해설] 이산화탄소 (CO2)의 농도 [%] · 산소(O2)의 농도 [%]

가. 이산화탄소(CO2)의 농도​​

나. 이상기체 방정식​

        여기서, P : 압력 [Pa, N/㎡]

                     V : 부피 (방출가스량) [㎥]

                    W : 질량 [㎏]

                    M : 분자량 (CO2 : 44㎏, 할론 1301 : 148.95 ㎏)

                    R : 기체상수 (8,313.85 [N·m/kmol·K], 8,313.85 [N·m/K])

                    T : 절대온도 (273+℃ [K])

다. 산소의 농도​

4. 방호구역체적이 250 ㎥ 인 소방대상물에 CO2 소화설비를 설치하였다. 이곳에 CO2 180㎏을 표준대기압 상태에서 방사

     하였을 경우 다음을 구하시오. [4점] ★★★★★

가. 이산화탄소의 농도는 몇 [%]인가 ?

나. 산소의 농도는 몇 [%]인가 ?

[문제 풀이]

가. 이산화탄소 (CO2)의 농도​

나. 산소의 농도​

[참고] 압력단위 환산

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5. 이산화탄소 120 ㎏이 완전기화하여 0℃, 101,325 Pa 일 때 기체의 부피 [㎥]를 계산하시오. (단, 소화약제의 순도는

     99.5 % 이다) [4점] ★★★★★

[문제풀이]​

※ 순도가 주어졌을 때

     ① 부피 : × 순도

     ② 약제량 : ÷ 순도

[해설] 기체의 부피

  ▣ 이상기체 방정식​

여기서, P : 압력 [Pa, N/㎡]

             V : 부피 (방출가스량) [㎥]

            W : 질량 [㎏]

            M : 분자량 (CO2 : 44㎏, 할론 1301 : 148.95 ㎏)

            R : 기체상수 (8,313.85 [N·m/kmol·K], 8,313.85 [N·m/K])

            T : 절대온도 (273+℃ [K])

  ※ ① 소화약제의 순도 : 부피를 구할 때는 곱하고, 소화약제 저장량을 구할 때는 나눈다.

      ② 1Pa = 1 [N/㎡]

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6. 40 ㎏ 의 액화 이산화탄소가 20 [℃]의 대기중 (표준대기압)으로 방출되었을 경우 다음 각 물음에 답하시오.

      [4점] ★★★★★

  가. 이산화탄소의 부피는 몇 [㎥] 이 되겠는가 ?

  나. 체적 90 [㎥]인 공간에 이 약제가 방출되었다면 이산화탄소(CO2)의 농도는 몇 [%] 가 되겠는가 ?

[문제풀이]

가. 이산화탄소의 부피 [㎥]​

나. 이산화탄소의 농도 [%]​

7. 표준대기압 상태에서 압력이 일정할 때 15 ℃의 이산화탄소 100 [mol]이 있다. 이 상태에서 온도가 30[℃]로 되었을 때

     이산화탄소의 부피 [㎥]를 구하시오.

[문제풀이]​

▣ 동일한 상태(압력 일정)에서 온도만 변화하였으므로 보일 - 샤를의 법칙을 이용하면​

[해설] 이산화탄소의 부피

가. 보일 - 샤를의 법칙​

▣ 방사량 부피[㎥]를 구했으니 이상 기체 방정식으로 질량을 구하면​

[해설] 이산화탄소 소화약제 방사량 [㎏]

가. 이상기체 방정식 ​

   여기서, P : 압력 [Pa, N/㎡]

                V : 부피 (방출가스량) [㎥]

                W : 질량 [㎏]

                M : 분자량 (CO2 : 44㎏, 할론 1301 : 148.95 ㎏)

                R : 기체상수 (8,313.85 [N·m/kmol·K], 8,313.85 [N·m/K])

                T : 절대온도 (273+℃ [K])

나. 방출가스량​

   여기서, V : 방출가스량 [㎥]

               O2 : 가스 방출 후 산소(O2) 농도 [%]

다. 이산화탄소 (CO2)의 농도​

     여기서, O2 : 가스방출 후 산소(O2) 농도 [%]

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9. 체적이 500 ㎥인 방호구역에 전역방출방식으로 CO2를 방사하였다. 다음 조건을 참조하여 각 물음에 답하시오.

    [4점] ★★★★

[조건]

  ① 실내온도는 15℃ 이다.

  ② CO2 방사 후 실내의 O2 농도는 10%이다.

  ③ 실내 대기압력은 1.2 atm이다.

  가. 방사된 CO2의 양은 몇 [㎏]인지 구하시오.

  나. 이산화탄소 소화설비에서 운무상태에 대하여 간단히 설명하시오.

[문제풀이]

가. 방사된 이산화탄소(CO2)의 양 [㎏]​

위 식에 적용을 하면​

#이산화탄소 #비열 #증발 #농도 #방호구역 #액화 #줄 #톰슨 #체적 #절대온도 #방출가스량 #소화설비 #기체상수 #질량 #소화약제

1. 증기압, 증발, 비등

▣ 증기압 : 기체가 갖을 수 있는 액체에 대한 최적분율 또는 질량분율을 말한다.

▣ 액체가 기체로 변화하는 현상에는 증발과 비등이 있다.

위 그림의 왼쪽을 보면 물은 온도와 압력에 따라 고체, 액체, 기체의 형상을 보임을 알 수 있

다. 그림에서 1기압 상태에서 0[℃]까지는 물음 얼음(고체), 0 ~ 100 [℃]에서는 액체, 그

리고 100 [℃]를 넘은면 기체 상태에 있는 것을 알 수 있다.

증기압은 액체와 기체가 열적인 평형상태를 이루는 것을 말한다. 열적인 평형이란 위 그림

의 오른쪽 그림에서 나타내는데 예를 들어 액체인 물이 기체가 되기 위해서는 일정한 에너

지를 필요로 한다. 위 그림에서 100 [℃] 에서는 공기중에 100[kPa] 만큼의 수증기가 존

재할 수 있는 것을 알 수 있다. 이 때 온도를 50 [℃]로 낮추면 공기중에 20[kPa] 압력 만큼

의 수증기만 있을 수 있어 나머지 수증기는 물방울로 맺히게 된다. 위에서 증기압은 포화증

기압이라고 가정했을 때의 예이다.

​

가. 증발(Evaporation)과 비등 (Boiling)

증기압에 대하여 이야기할 때 증발과 비등을 구분해야 한다. 액체가 기체가 되는 것은 증발

이나 비등이나 같다. 그러나 실제 물리적인 메카니즘은 다르다. 위 그림에서 보듯이 증발은

유체가 공기와 만나는 면에서 발생한다. 그러나 비등은 공기와 만나는 면 뿐만 아니라 유체

내부에서도 발생한다. ※ 위 그림에서 정수압은 물에 의한 수압을 말한다.

비등은 유체의 체적작용으로 유체 온도에 해당하는 포화증기압이 유체 압력과 같아져서 유

체 내부에서도 기포가 발생하게 된다.

​

나. 낮은 온도에서 비등과 공동화 현상 (Low Pressure Boiling - Cavitation)

앞에서 온도를 낮추면 기체의 포화증기압이 낮아진다고 했다. 이번에는 압력을 낮추면 끓는

점이 낮아지게 된다. 즉, 낮은 온도에서도 비등(보일링)현상이 발생하게 된다. 대표적인 현

상이 공동화 현상 (Cavitation)을 들 수 있다. 예를 들면 관에서 프로펠러가 돌면 프로펠러

주변의 유속이 매우 빨라지게 된다. 이 때 베르누이 법칙에 의해 유속의 제곱에 비례하여

압력이 변하게 된다. 유속이 빨라지면 속도의 제곱에 비례하여 압력이 낮아진다. 압력이 떨

어지면 온도가 100[℃] 보다 낮음에도 유체 속에서 기포가 발생하는 공동화 현상 (Cavitaion) 현상이

발생하게 된다. 이 공동현상은 기기류에 매우 치명적이다. 속도가 높아지면서 발생한 기포는

다시 속도가 낮아지면 압력이 높아져서 기포가 존재할 수 없는 상황이 되게 되는데

이 때 기포는 뽀개지고 기포가 분열하게 되는데 기포가 뽀개지면서 매우 큰 충격에너지가 발생하게 된다.

위 그림의 오른쪽을 보면 유체에 Cavitation이 발생하여 그 충격으로 인해 강철로 만든 프로펠러(회전날개)가

파괴된 모습을 볼 수 있다. 이와 같이 기포는 기기에 매우 큰 충격을 주게 된다.

​

2. 비열(Specific Heat)과 에너지 (Energy)

어느 평면에 수직으로 작용하는 힘을 면적으로 나눈 것을 압력이라고 하고 접선 방향으로

작용하는 힘 즉, 전단력을 면적으로 나눈 것을 전단응력이라고 한다.

위 그림에서 어떤 물체를 꺾었을 때 위 부분은 늘어났고 아래 부분은 수축하였다. 늘어난 부

분은 전단응력이 작용하여 Normal Stress가 발생했고 아래 부분은 수직압력이 작용했다

고 볼 수 있다.

위 그림 왼쪽은 실린더에 피스톤이 있는데 이 때는 평형상태에 있었다. 그런데 피스톤에

500[kg]을 올려 놓았다면 이 때의 압력은 500[kg] / 피스톤 단면적 이라고 할 수 있다.

오른쪽 그림은 4각형 모양의 물체에 수직방향도 아니고 접선방향도 아닌 방향으로 힘이

작용한 경우를 보여주고 있다. 위의 힘은 수직방향과 접선방향의 힘으로 구분할 수가 있는

데 이 힘을 면적으로 나누면 압력과 전단응력이 된다.

위 그림은 하천에 세워진 교각에 물의 흐름에 의한 영향을 보여주고 있다.

교각에는 물의 흐름에 의해 수직방향의 압력과 접선방향의 마찰력 즉, 전단응력이 함께

작용하게 된다.

압력은 어떤 면 A에 수직으로 작용하는 힘 F가 있다면 힘을 면적으로 나눈 것이다.

즉, 압력 P = F / A 이다.

절대압력은 압력이 "0"[Pa]에서 측정한 압력을 말하고

상대압력은 표준대기압 즉, 101,300 [Pa]에서 측정한 압력을 말한다.

따라서 상대압력이 절대압력보다 101,300 [Pa] 만큼 작게 된다.

​

#증기압 #증발 #비등 #수증기 #압력 #온도 #공동현상 #Cavitation #비열 #잠열

#기화열 #에너지 #힘 #전단응력 #표준대기압 #절대압력 #상대압력

【 열역학 (Thermodynamics】

  ▣ 물질의 #상태 변화에 따라 발생하는 열과 일의 양은 열역할 법칙으로 정의되는 에너지와 엔트로피 등의 열역학적

      변수들을 이용하여 분석하는 학문

   ※ 일 ↔ 열 : #물리적 #현상

​

1. 열역학 제0법칙 [열평형, 온도평형의 법칙]

   ▣ #온도 가 서로 다른 물체를 접촉시켜 놓으면 얼마 후 온도가 같아진다. (열평형상태)

    ◈ 고온체와 저온체를 함께 놓으면 열이 고온에서 저온으로 이동하여 온도가 같아지려는 성향을 갖는다.

       (온도계의 원리)

​

2. 열역학 제1법칙 : 에너지 보존법칙

​ ▣ 어떤 고립된 계의 총에너지는 일정하다는 법칙

   ⊙ 내부에너지 변화가 계에 가해진 열과 계가 한일 사이의 차가 같다는 것을 의미한다.

   ⊙ #에너지 는 생성되지도 소멸되지도 않는다.

   ◈ 에너지의 양적관계

   ◈ 열 = 에너지 = 일

   ◈ 가역적인 법칙

     ⊙ 열 ↔ 일, 1[kcal] = 4.184 [kJ]

                        4.184[kJ/kcal] : 열의 일당량

     이를 그림으로 표현하면 다음과 같다.

    열과 운동의 관계로 정리를 하면..

​

3. 열역학 제2법칙

  ▣ 고립계에서 총 엔트로피의 변화는 항상 증가하거나 일정하며 절대로 감소하지 않는다.

   ① 열은 자연적으로 저열원에서 고열원으로 이동할 수 없다.

   ② #효율 100%의 열기관은 존재할 수 없다.

※ 열역학 제2법칙 (에너지 흐름의 법칙)

   ◈ 자연적 · #경험적 법칙

   ◈ 일 → #열

   ◈ #열효율 100 [%]는 없다. * 인위적으로 가야 하므로 효율이 떨어진다.

   ◈ #비가역적 법칙이다.

​

4. #열역학 제3법칙

  ▣ #절대온도 에 가까워질수록 엔트로피의 변화량은 0에 수렴한다.

      그리고 계는 절대온도 0도에 이를 수 없다.

【 열량의 단위】

   ◈ 1 [kcal] : 표준 대기압에서 순수한 물 1[㎏]을 1[℃] 올리는데 필요한 열량

   ◈ 1[btu] : 1파운드의 물을 1[°F] 만큼 올리는데 필요한 열량

   ◈ 1[CHU] : 1파운드의 물을 1[℃] 올리는데 필요한 열량

          섭씨 : 14.5 ⇒ 15.5 [℃] 화씨 : 60 ⇒ 61 [°F]

 【 비열 】

   ◈ 비열이란 어떤 물질의 단위 질량을 1[℃] 만큼 올리는데 필요한 열량

   ◈ 단위질량을 단위 온도만큼 올리는데 필요한 열량

      * 기체의 비열에는 2가지가 있다. : 정합비열과 정적비열로 나뉜다.

       ⊙ 정합비열 : 압력이 일정할 때 (CP: constant pressure)

       ⊙ 정적비열 : 체적이 일정할 때 (CP : constant volume)

         Cp > Cv

         Cp - Cv = R (기체상수)

         Cp / Cv > 1

           ★ #수증기 #비열 0.44 [cal/g ℃]

​

  ▣ 공기분자량 (29 [g])에 대한 가스 #분자량 의 비

     ⊙ 화재의 위험성을 판단하는 매우 중요한 요소이다.

【 밀도 (Density)】​

   ⊙ 물의 밀도 : 1 [㎏/ℓ]

   ⊙ 수은의 밀도 : 13.6 [㎏/ℓ]

 ② 표준상태 기체의 밀도 (0[℃], 1기압)인 경우​​

              ρ : 밀도 [㎏/㎥], P : 압력 [N/㎡], M : 분자량 [㎏/kmol], K : 절대온도 [K],  R : 기체상수 [N·m/kmol,K]

​

16. 증기 - 공기 밀도 (Vaper-Air Density)

  ▣ 어떤 온도에서 액체와 평형상태에 있는 증기와 공기의 혼합가스의 밀도이다.

    ⊙ 증기- 공기 밀도가 1보다 크면 공기보다 무거우므로 대기중에서는 낮은 곳에 표류하여 인화될 위험이 증대된다.

      ※ 기체 액체 #평형 상태

17. 증기 #밀도 (Vaper Density)

   ▣ 액체나 고체에서 발생된 증기가 일정한 체적에서 차지하는 증기의 #질량

​

3. 연소와 관련되는 용어

가. #발화점 (Ignition point) = #착화점 = 착화온도

  ▣ 점화원을 가하지 않아도 스스로 착화될 수 있는 최저 온도 발화점이 낮을 수록 위험하다.

   ① 가연성 물질에 불꽃을 접하지 아니하였을 때 연소가 가능한 최저온도

   ② 공기중에서 스스로 타기 시작하는 온도

   ③ 점화원이 없이 가연물에 가열된 열에 의하여 스스로 연소가 시작되는 최저온도

    ※ 고체물질 중 발화온도가 가장 높은 물질 : 인견

    ※ 발화점, 인화점, 폭발범위는 아무런 연관성이 없다.

    ※ 식용류는 발화점이 450[℃] 정도된다. 후라이팬에 달구어 놓고 식용류를 뿌리면 불이 붙는다.

        발화점은 가연물이 스스로 불이 붙는 온도를 말한다.

    ※ 황린은 제3류 위험물이다. 발화점이 34[℃]이다. 일반적인 위험물 중에서 발화점이 가장 낮은 물질이다.

        황린은 고체이다. 일반적으로 기온은 공기의 온도인데 고체는 햇볕을 받으면 쉽게 기온이 상승한다.

        기온이 낮더라도 발화점에 도달할 수 있다.

    ※ 발화점에 영향을 주는 인자

      ㉠ 가연성 가스와 공기의 혼합비         ㉡ 공간의 형태와 크기

      ㉢ 가열속도와 지속시간                      ㉣ 기벽의 구조와 촉매효과

      ㉤ 점화원의 종류와 에너지 수열 방법

    ※ 발화점이 낮아질 수 있는 조건

      ㉠ 산소와의 친화력이 클수록             ㉡ 압력이 높을 수록

      ㉢ 탄소수가 많을 수록 (인화점과 발화점은 반대방향으로 움직인다. )

    ⊙ 탄소수가 많으면

     ◈ 발화점이 낮다.     ◈ 발열량이 크다.         ◈ 분자구조가 복잡하다.

     ◈ 증기압이 낮다.     ◈ 분자량이 크다.

     ※ 발화점 가솔린 300℃, 등유 220℃ 경유 200℃

나. #인화점 (Flash point)

  ▣ 가연성 기체와 공기가 혼합된 상태에서 외부의 직접적인 점화원에 의해 불이 붙을 수 있는 최저 온도, 인화점이

       낮을 수록 위험성이 크다. 그러므로 인화점 아래에서는 불씨, 불꽃 등을 가하여도 연소현상이 진행되지 않은다.

   ① 휘발성 물질에 불꽃을 접하여 연소가 가능한 최저 온도

   ② 가연성 증기 발생시 연소범위의 하한계에 이르는 최저온도

   ③ 가연성 증기를 발생하는 액체가 공기와 혼합하여 기상부에 다른 불꽃이 닿았을 때 연소가 일어나는 최저 온도

   ④ 액체 가연물의 화재 위험성 기준의 척도

   ⑤ 가연성 액체의 발화와 깊은 관계가 있다.

   ⑥ 연료의 조성, 점도, 비중에 따라 달라진다.

     ◈ 점화원에 의해 불이 붙을 수 있는 최저 온도

        ⊙ 탄소수가 적은 물질 < 탄소수가 많은 물질

          ∴ 탄소수가 적을 수록 인화의 위험이 크다.

        ⊙ 인화점은 최저온도 이므로 보통의 경우 인화점에서는 인화되지 않는다.

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      ※ 가솔린 인화점 : -43[℃] ~ -20[℃], 연소범위 1.4 ~ 9.6 [%]

             등유 인화점 : 50 ~ 60 [℃]

                         벤젠 : - 11 [℃]

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※ 물질의 인화점 및 착화점

다. #연소점 (Fire point)

  ▣ 연소상태를 5초 이상 유지하기 위한 최저 온도로 인화점보다 10[℃] 정도 높다.

   ① 인화점 보다 5 ~ 10 [℃] 높으며 연소를 5초 이상 지속할 수 있는 온도

   ② 어떤 인화성 액체가 공기 중에서 열을 받아 점화원의 존재하에 지속적인 연소를 일으킬 수 있는 온도

   ③ 가연성 액체에 점화원을 가져 가서 인화된 후 점화원을 제거하여도 가연물에 계속 연소 연소되는 최저 온도

【 연소범위(연소한계 】 = 폭발범위 (폭발한계)

  ▣ 1기압, 25[℃] 공기중에서 측정

  ▣ 연소가 가능한 폭발성 혼합가스 (가연성 기체 + 공기) 중 가연성 기체의 체적 %

  ▣ 하한값이 낮을 수록, 범위가 넓을 수록 위험하다.

  ▣ 주변의 변화에 따라 연소범위는 변화한다.

<연소범위의 변화>

   ㉠ 온도가 높아지면 넓어진다.

   ㉡ 압력이 높아지면 넓어진다. (수소와 일산화탄소는 좁아진다)

   ㉢ 공기중의 산소의 농도가 높아지면 넓어진다.

   ㉣ 불활성기체를 투입하면 연소범위는 좁아진다.

         ※지구상에서 가장 위험도가 큰 물질

라. 비중 (Specific gravity)

   ▣ 물 4 [℃]를 기준으로 했을 때의 물체의 무게 (고체, 액체)

        ※ 기체 : 표준상태 0 [℃], 1기압 공기의 비중 1

                      프로판, 부탄 > 1, 메탄 < 1

마. 비점 (Boiling point)

   ▣ 액체가 끓으면서 증발이 일어날 때의 온도

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바. 비열 (Specific heat)

   ① 1 [cal] : 1 [g]의 물을 1 [℃] 만큼 온도를 상승시키는데 필요한 열량

   ② 1 [BTU] : 1 [lb]의 물을 1 [°F] 만큼 온도 상승시키는데 필요한 열량

   ③ 1 [chu] : 1 [lb]의 물을 1 [℃] 만큼 온도 상승시키는데 필요한 열량

        ※ 1 파운드 [lb] = 0.452592 [kg]

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사. 융점 (Melting point)

   ▣ 대기압 하에서 고체가 용융하여 액체가 되는 온도

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아. 잠열 (Latent heat) ※ latent [ leɪtnt ] 잠재하는, 잠복해 있는 latent disease 잠복중인 병

   ▣ 어떤 물질이 고체, 액체, 기체로 상태를 변화하기 위해 필요로 하는 열

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【 물의 잠열】

파. 증기 - 공기 밀도 (Vaper-Air Density)

   ▣ 어떤 온도에서 액체와 평형상태에 있는 증기와 공기의 혼합물의 증기밀도

하. 증기밀도 (Vaper Density)

   ▣ 액체나 고체에서 발생된 증기가 일정한 체적에서 차지하는 증기의 질량

5. 전기방폭구조

가. 내압(耐壓)방폭구조

  ▣ 점화원이 될 수 있는 부분 (전기불꽃, 아크, 고온부분)을 전폐구조의 용기 내부에 설치하고 용기 내부에서 폭발성

       가스가 침입하여 폭발하여도 그 폭발 압력 등을 기계적으로 견디며 외부로 누출되어 화염의 전파 및 인화가 되지

       않게 한 구조를 말한다.

나. 내압(內壓)방폭구조 = 압력방폭구조

  ▣ 압력방폭구조라고도 하며 점화원이 될 수 있는 부분을 공기 또는 질소로 압입하여 압력을 유지하고 폭발성 가스

       또는 증기가 유입되어 연소범위 (산소+폭발성 가스)를 형성하는 것을 방지하는 구조를 말한다. 내압(耐壓)방폭구조와

       는 구분을 하여야 한다.

다. 유입 (油入) 방폭구조

  ▣ 점화원이 될 수 있는 부분을 절연유(기름) 속에 넣어 폭발성 가스의 접촉을 막아 연소 범위를 형성하지 않게 하는

      구조를 말한다.

라. 안전증 방폭구조

  ▣ 점화원이 될 수 있는 부분의 기계적, 전기적으로 안전도를 증가하는 형태를 말한다.

마. 본질안전방폭구조

  ▣ 정상 또는 사고시 (단선, 지락, 단락) 발생하는 전기불꽃, 아크 등이 폭발성 가스 혹은 증기 등에 대하여 점화되지

       않는 것이 확인된 구조의 형태로서 이 때 발생하는 스파크 등이 가스 및 증기의 최소 발화 에너지 미만이 되도록

       한 구조를 말한다.

【 출제예상문제 】

1. 열에너지중 전기에너지에는 여러가지의 발생원인이 있다. 다음 중 전기에너지원의 발생 원인에 속하지 아니하는 것은

    어느 것인가 ? ②

   ① 저항가열        ② 마찰스파크          ③ 유도가열          ④ 유전가열

※ 마찰스파크는 기계적 에너지원이다.

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2. 물에 황산을 넣어 묽은 황산을 만들 때 발생되는 열은 ? ③

   ① 연소열          ② 분해열             ③ 용해열               ④ 자연발열

※ 용해열 : 액체에 용해될 경우 발생하는 열을 말하며 황산의 경우 물에 용해될 때 발생한다.

3. 정전기에 의한 발화과정으로 옳은 것은 ? ②

   ① 방전 → 전하의 축적 → 전하의 발생 → 발화

   ② 전하의 발생 → 전하의 축적 → 방전 → 발화

   ③ 전하의 발생 → 방전 → 전하의 축적 → 발화

   ④ 전하의 축적 → 방전 → 전하의 발생 → 발화

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4. 정전기의 발생과 관련이 없는 사항은 ? ③

   ① 자동차의 장시간 주행                ② 위험물 옥외 탱크에 석유류 주입

   ③ 공기중에 습도가 높은 경우        ④ 전기 부도체의 마찰

※ 정전기 발생원인 : 전기부도체의 마찰, 자동차를 장시간 주행, 옥외탱크에 석유류 주입 인체에서의 대전

5. 정전기로 인한 피해발생의 방지대책이 아닌 것은 ? ③

   ① 접지 실시         ② 공기의 이온화           ③ 부도체 사용         ④ 70% 이상의 상대습도 유지

※ 정전기 방지대책 : 접지를 한다, 공기의 상대습도를 70% 이상으로 한다. 공기를 이온화한다. 도체물질을 사용한다.

6. 다음 중 기계적 점화원으로만 되어 있는 것은 ? ③

   ① 마찰열, 기화열           ② 용해열, 연소열            ③ 압축열, 마찰열              ④ 정전기열, 연소열

※ 기계적(물리적) 마찰열 : 기계적 마찰, 충격, 단열압축 등에 의해 일어나는 발화원이다.

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7. 착화온도 500 [℃] 에 대한 설명으로 옳은 것은 ? ②

   ① 500 [℃]로 가열하면 산소공급 없이 인화한다.

   ② 500 [℃]로 가열하면 공기 중에서 스스로 타기 시작한다.

   ③ 500 [℃]로 가열하여도 점화원이 없으면 타지 않는다.

   ④ 500 [℃]로 가열하면 마찰열에 의하여 연소한다.

※ 발화점 (착화점) : 열 등의 형태로 에너지가 주어질 경우 스스로 연소가 시작되는 최저 온도

8. 다음 중 인화점이 가장 낮은 물질은 ? ①

   ① 산화프로필렌         ② 이황화탄소               ③ 메틸알코올                ④ 등유

※ 제4류 위험물의 인화점

9. 가연성 증기를 발생하는 액체가 공기와 혼합하여 기상부에 다른 불꽃이 닿았을 때 연소가 일어나는 최저의 액체 온도를

     무엇이라고 하는가 ? ②

   ① 발화점                ② 인화점               ③ 연소점                       ④ 착화점

※ 인화점 : 외부에너지를 점화원(불꽃 등)으로 가했을 경우 연소가 시작되는 최저 온도

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10. 1[g]의 물체를 1 [℃] 만큼 온도를 상승시키는데 필요한 열량을 나타내는 것은 ? ③

   ① 잠열            ② 복사열                ③ 비열                ④ 열용량

※ 비열 (Specific heat)

   ① 1 [cal] : 1[g]의 물을 1[℃] 만큼 온도를 상승시키는데 필요한 열량

   ② 1[BTU] : 1[lb]의 물을 1[°F] 만큼 온도 상승시키는데 필요한 열량

   ③ 1[chu] : 1[lb]의 물을 1 [℃] 만큼 온도 상승시키는데 필요한 열량

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11. 연소점에 관한 설명으로 옳은 것은 ?

   ① 점화원 없이 스스로 불이 붙는 최저 온도

   ② 산화하면서 발생된 열이 축적되어 불이 붙는 최저 온도

   ③ 점화원에 의해 불이 붙는 최저 온도

   ④ 인화 후 일정시간 이상 연소상태를 계속 유지할 수 있는 온도

※ 연소점 : 외부 에너지를 제거하여도 자력으로 지속적인 연소가 가능한 온도로 일반적으로 인화점 보다

     약 5 ~ 10 [℃] 정도 높다.

12. 물질의 증기비중을 가장 옳게 나타낸 것은 ? (단, 수식에서 분자, 분모의 단위는 모두  [g/mol] 이다) ②

13. 다음 중 증기압의 단위가 아닌 것은 ? ④

   ① mHg             ② kPa              ③ N/㎡              ④ cal / ℃

※ 증기압의 단위 : atm, ㎜Hg, kg/㎠, mH2O, mAq, PSI, lb/in2, kPa, N/㎠, mbar

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14. 0 [℃]의 얼음 1[g]이 100[℃]의 수증기가 되려면 몇 [cal]의 열량이 필요한가 ? (단, 0[℃] 얼름의 융해열은 80 [cal/g]이고,

      물의 증발잠열은 539 [cal/g]이다) ②

   ① 539             ② 719                    ③ 939                     ④ 1119

※ 필요 열량 : 융해열 80 + 현열 100 + 증발잠열 539 = 718

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15. 화씨 95 [°F]를 켈빈 [Kelvin] 온도로 나타내면 약 몇 K인가 ? ②

     ① 368                  ② 308               ③ 252                  ④ 178

※ 온도 환산

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