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문득 든 물의 증발에 대한 의문(feat. 물 기압계)
게시물ID : science_62831짧은주소 복사하기
작성자 : 핏빛기사
추천 : 1
조회수 : 2264회
댓글수 : 28개
등록시간 : 2017/03/19 02:45:56
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며칠전에 문득 이런 의문이 들었습니다.

단서 1. 기압이 낮아질수록 물의 끓는점이 낮아진다면 수면이 진공일 경우 끓는점은 매우 낮아질것이다.

단서 2. 흔히말하는 물 기압계(물이 가득찬 시험관의 입구를 수조의 수면하에 두고 다른 한 끝을 약 10m이상 들어올린 장치)의 꼭대기는 진공이다.

결론. 물 기압계의 꼭대기의 수면은 끓어오르고 있을것이다.

이런 결론이 나왔습니다. 

그런데 제가 중학교 고등학교때 물 기압계에 대해 배울때는 물 기압계의 수면이 끓어오르고 있다는 말은 듣지 못했을 뿐더러,
만약 진짜 끓어오르고 있다면 물 기압계의 진공부분은 기화된 물에의해 진공상태가 유지되지 못하고 기압계로써의 기능을 하지못할것입니다.

그래서 다름의 몇가지 가설을 세우게 되었는데요

가설 1. 물 기압계같은건 처음부터 존재하지 않았으며 그저 이론상의 물건일뿐이다.(수은과 물의 비중을 이용한 수치계산상의 높이일뿐이다.)

가설 2. 물 기압계의 진공부는 완벽한 진공이 아닌 그저 적당히 낮은 기압일뿐이다. 그래서 기압이 낮아짐에 따른 끓는점의 저하가 그리 심하게 일어나지 않는다.(그렇다면 수온에 따라 물 기압계의 1기압의 높이는 달라지는가?)

가설 3. 완벽한 진공에서는 물이 끓지 않는다(?)

제발 누가좀 이 의문을 풀어줄 분을 찾습니다.

출처 저번주 금요일쯤 내 머릿속
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2017-03-19 02:51:13추천 0
진공 상태의 물은 끓는점이 낮아질뿐이지 상온에서는 끓지 안을것 같네요
댓글 7개 ▲
2017-03-19 03:01:27추천 0
물의 상평형 그래프를 보면 물의 삼중점 기압은 0.006기압, 온도는 약 0.01도라고 합니다.
즉  0.006 기압이하에서 온도가 0.01.도 이상이라면 물은 기체상태로 변화  즉 끓는것 아닌가요?
2017-03-19 03:04:04추천 0
0.5기압일때 끓는점이 50도 정도라고 하니.. 진공상태에선 물이 끓는게 맞게네요
2017-03-19 03:07:13추천 0
다시 원점이군요 ㅠ.ㅠ
2017-03-19 03:13:09추천 0
찾아봐도 나오진 안는군요 개인적인 생각으론

진공상태의 물의 끓는다함은 물이 기화 되는거 아닐까요?

그부분은 기화된 수분이 있을거라 감히 예상해봅니다..
2017-03-19 03:15:33추천 0
그럼 가설 2가 맞는걸까요?
2017-03-19 03:31:21추천 0
윗부분이 기화가 되면 증기압이 생기기 때문에 물기둥의 높이가 내려가버릴꺼에요.
2017-03-19 03:33:38추천 0
실험시 온도의 물의 증기압이 될때까지 물은 끓으면서 기화할껍니다.
2017-03-19 03:28:51추천 1
아이들한테 가르치면서도 생각 못 했던 부분이네요. 물 기압계는 실제 실험되었으며 서울과학전시관에는 실제 전시가 되어 있다고도 합니다.
말씀하신 물기둥의 윗부분은 진공상태가 되어야지 그 높이가 형성되기에 가능한 방법은 물 위에 물보다 밀도가 작으면서 증기압이 매우 작은 (증발이 안되는) 무극성(물과 섞이지 않는)물질을 소량 넣어서 기압계를 만들면 비슷한 결과가 나오지 않을까 생각합니다.
좋은 의문이라 생각되어 감사하네요.^^

다른 분들의 다른 좋은 의견도 들어 보고 싶네요.
댓글 0개 ▲
2017-03-19 03:29:01추천 0
끓음 이라는 것은 평형상태에 도달하지 않은 상태에서 일어나는 일입니다.
즉, 평형상태에 도달하게 되면 끓는 다는 현상이나 증발이라는 현상은 '거시적으로' 일어나지 않게됩니다.
물론 미시적으로 분자수준으로 우리의 관점을 좁혀들어가게 되면 물분자는 끊임없이 움직이면서 물의 표면에서 기체상과 액체상을 왕복하고 있을 것입니다.

문제로 돌아가서 결론만 말하자면 막혀있는 공간은 완벽한 진공일 수는 없습니다.
단지, 외부와의 공기가 막혀있으므로 외부의 공기가 진입할 수 없다 뿐입니다.
그렇다면 진공이 아니라면 어떠한 놈들이 그 공간을 채우고 있을것인가, 라고 생각을 해보면 물분자가 되겟지요.
실험을 진행하는 온도에 따른 증기압만큼 그 공간을 채우고 있을 것입니다.
그 증기압까지는 증발현상이 계속 일어나다가 증기압을 채우고 난 후로는 거시적으로는 변화가 없겠네요.
댓글 8개 ▲
2017-03-19 03:38:06추천 0
물기압계는 토리첼리의 수은기압계를 수은 대신 물로 채워 실험한 것으로 수은과 물의 비중 차이만큼 높이의 차가 생기는 것으로 알고 있습니다. 그 높이 차가 생기기 위해서는 물의 윗 부분이 진공은 아니더라도 진공에 가까운 상태여야한다는 조건이 붙지요.
2017-03-19 03:40:02추천 0
즉 가설2가 맞다는 말씀인가요?
그렇다면 가설2의 괄호에 적은 내용이 걸리네요.
수온이 0도에 수렴할때와 상온일때 혹은 그 이상일때의 증기압의 차는 상당히 클꺼라고 생각되거든요.
그런데 물 기압계의 설명에 온도가 몇도일때 10m 라고 적힌곳은 없는거 같아요.
2017-03-19 03:40:34추천 0
아....비중 차이의 비율만큼 이라고 해야 맞겠군요.
2017-03-19 03:46:02추천 0
물의 높이가 10.33m가 되는 이유가 수은의 밀도가 13.6으로 수은 기둥 높이 76cm(1기압에서)에 13.6을 곱하면 10.33이 나오거든요.
2017-03-19 03:49:13추천 0
실험에서 10.33m가 나왔다는것은 물의 증기압은 없었다는 얘기가 되겠지요. 그렇게 되기위한 조건이 제 위에 말씀 드린 기름막을 이용한 물의 증발을 막는 방법을 실험에서 쓰지 않았을까란 생각을 해봅니다.
2017-03-19 03:59:22추천 0
??? 그러고보니 기름막으로 물의 증발은 막을수 있어도 "끓음"은 못막는거 아닌가요?
https://www.youtube.com/watch?v=JDedUCvg2G0
이 동영상을 보면 일정이상 온도의 물이 일정이하의 압력이 되면 그냥 끓어버리는거 같은데요?
혹시 제가 모르는 물이 끓지않는 온도 같은게 있는건가요?
2017-03-19 04:09:01추천 0
허~~  그러네요. 막이 있어도 압력은 진공일테니 물은 끓어야하는게 맞는것 같은데....

기름막은 아닌게 확실하군요. ㅋㅋㅋ

그럼 어떻게 10.33m가 나온걸까 매우 궁금해지는군요.^^
2017-03-19 04:16:50추천 0

으어어어... 다시 원점이다아아아
2017-03-19 03:48:30추천 0
제가 사실 가설 3이 맞다는 전제하의 가설이 몇개 있었는데 역시 가설 3은 아니겠죠?
댓글 1개 ▲
2017-03-19 04:00:05추천 0
상온에서 진공상태라면 물은 격렬하게 끓겠죠. 상평형곡선에서도 기체상태이니 액체인 물은 끓어서 기체가 돼야죠.
2017-03-19 04:22:04추천 0
지금 온도에 따른 물의 증기압력을 찾아보니 25도에서 증기압력이 2.37cmHg 로 생각보다 작네요.
1기압일때 비율로 보면 2.37/76로 0.03이고, 물의 높이에서 그 비율을 따지면 0.34m이므로 10.33m에서 그 높이를 빼도 거의 10m네요.
결론은 그냥 실험해도 물기둥 높이는 10m가 나온다 인거 같은데요. ^^
댓글 4개 ▲
2017-03-19 04:24:05추천 0
ㅎㅎㅎ 맞는지 틀린지 모르겠지만, 잠시나마 여러가지 생각을 해본 즐거운 시간이였네요.
2017-03-19 04:28:05추천 0
20도 실온만해도 물의 증기압력이 1.75cmHg로 물기둥의 높이는 10m 이상이 돼버리네요. ^^
2017-03-19 10:17:36추천 0
그럼 결국 물 기압계는 수온에따라  물기둥 높이가 변하는 성질을 가지고 있고
그 특성상 그리 정확한 기압계는 되지 못한다는 뜻이 되는군요.

다만 이론상 이상적인 물 기압계(*)가 있다면 1기압하에서 물높이가  10.33m 일 것이라는것이 교과서의 의미일까요?
*이상적인 물 기압계란
온도에 변하지 않는 비중 1.0000...(정확한 1)에, 어떠한 상황에서도 수증기압 0인, 절대진공 상태에서도 끓지않는 물(?)을 이용한 기압계
2017-03-19 10:18:43추천 0
그렇다면 결국 가설 2번이 맞다는 것이군요.
2017-03-19 10:38:24추천 0
과학적 용어와 일상적 용어가 혼재되면서 나타나는 혼란에서 비롯된 일이라고 보는데요, 위에 다아아앍님께서 말씀해주신 부분이 맞다고 봐요.

증발이 아주 격렬하게 일어나는 현상이 일상적 용어에서의 끓음이에요. 그렇기 때문에 증발이 아주 격렬하게 일어나지 않는 이상 일상적 용어로의 끓음은 보이지 않아요.

상온에서의 물의 증기압이 수torr정도로 아주 작기 때문에 진공중에서 일상적 용어로의 끓음은 보이기 힘들어요. 하지만, 과학적 용어로의 끓음 현상은 진행중이죠. 물의 증기압과 수증기의 압력이 평형을 이루었기 때문에 끓는점에 도달했을테니까요.

저도 진공을 다루다보니 진공중에서 액체가 증발할 때 격렬하게 증발하지 않고 서서히 증발하는지에 대해서 생각해본적이 있어서...^^;;
댓글 1개 ▲
2017-03-19 10:39:15추천 0
즉 제 결론은 핏빛기사님이 제시하신 가설 중에 3번에 가깝다 입니다.
2017-03-19 19:00:04추천 0
2번이 유사하다고 생각합니다.
물기둥이 내려오면 진공도가 심해지고 따라서 기화가 증가하여   평형을 이루게 됩니다.

3번은,  우주저진공에서  상온의 물을 놔두면 모두 기화되어 확산되겠죠.
시각적으로 물이 끓는 모습은  물의 대류와  가열한 바닥에서 기화된 기체의 상승효과 때문에 그렇고
그냥 상온의 우주저진공에 노출되면 물의 표면에서만 기화되는 현상만 보일거라고 봅니다.
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