습공기선도. 습구온도, 습공기선도 변수 정리. 물은 왜 증발할 때 온도가 낮아질까

0. 소개

이제 거의 대부분의 변수를 살펴보았는데, 습구온도를 살펴보도록 한다. 추가적으로 엎질러진 물은 왜 증발하는지, 또 증발할 때 온도는 왜 공기보다 낮은지에 대해서 알아본다.

 

또한 지금까지 다룬 변수를 정리해보도록 하자.

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1. 습구온도

습구온도를 선도문제에서 다룰 경우는 자주 있지 않지만, 그럼에도 알아두어야 하는 이유는, 가습시 습구온도선을 따라가는 경우가 있기 때문이다.

 

습구온도는 그림에서 보다시피 엔탈피 선 아래에 숫자로 적혀있다. 

습구온도를 검색하면 대체로 이런 식으로 나온다. 온도계의 감온부에 물을 적신 솜으로 감싸서 측정한 온도라고 나오는데, 처음에 보면 이게 뭔소리지 싶다. 이를 이해하기 위해서는 습공기선도를 보아야 한다. 

 

예를 들어, 습구온도가 18℃, 20℃인 경우를 보자.

습구온도가 18℃, 20℃일 때 포화수증기압 곡선과 만나는 지점에서 건구온도를 살펴보자. 이를 보게되면 습구온도와 같은 18℃, 20℃임을 알 수 있다. 즉, 습구온도가 a이면, 습구온도선과 포화수증기압 곡선이 만나는 지점에서의 건구온도는 a임을 습공기선도를 통해 알 수 있다. 

 

또 중요한 특징은 습공기선도에서 습구온도선과 엔탈피선이 거의 일치한다는 것이다. 이를 통해 알 수 있는 사실은 습구온도가 같은 두 지점에 대해서 과정이 진행될 때 엔탈피의 변화가 없다는 것이다. 이 말은 같은 열량을 갖는 상태에서 습도만 다른 것을 의미한다. 엔탈피의 정의에서 대기압은 일정하므로, 엔탈피 변화는 열량의 변화를 의미하게 된다. 따라서 같은 열량을 갖는 상태라는 것을 알 수 있다. 

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2. 물은 왜 증발할 때 온도가 낮아질까

그러면 물을 적신 솜으로 감싸서 측정한 온도의 의미를 알아보자. 실제로 물을 엎지르면 물은 천천히 증발하여 마르게 된다. 그런데 이때 물의 온도를 재보면, 공기의 온도보다 차갑다. 물의 표면에서는 기화와 액화가 반복해서 일어나는데, 이때 교환하는 에너지가 0이 되게끔 수렴해갈 것이다. 즉, 엔탈피가 같아지는 상태로 진행된다는 의미이다. 이때 대기 중의 공기는 엎질러진 물보다 양이 훨씬 많으니, 수증기 분압을 유지하기 위해 물은 점점 증발할 것이다. 

 

따라서 물은 증기압력차이로 인해 증발하고, 대기의 엔탈피와 같은 상태에 있게끔 온도가 낮아지게 된다는 것이다.

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3. 습공기선도 변수 정리

이제 습공기선도에서 본 변수들을 정리해보자.

 

-건구온도(℃): 온도계로 잰 온도.

-절대습도(kg/kg`): 공기 1kg에 포함된 수증기의 질량을 1kg으로 나눠준 것. (수증기질량/공기질량)

-엔탈피(kJ/kg): 0℃일 때를 0kJ/kg으로 간주할 때 습공기가 갖는 열량.

-포화 수증기압(kPa): 포화 상태일 때(공기가 최대한 수증기를 포함할 때)의 압력. 이 이상을 넘어가면 이슬이 생긴다.

-수증기 분압(kPa): 습공기에서 수증기가 미치는 압력.

-상대습도(%): 어떤 온도와 절대습도에서 수증기 분압과 포화 수증기압의 비율.

-비교습도(%): 어떤 온도와 절대습도에서 포화 상태일 때의 절대습도의 비율.

-습구온도(℃): 감온부를 물로 적셔 잰 온도.