단열 변화와 단열 감률

지식 정보

해당 지식
삼각형과 상승 화살표로 표현한 단열 변화와 단열 감률 아이콘

수증기압과 습도, 포화 상태와 불포화 상태, 높이에 따른 기압 변화, 공기 덩어리의 단열 변화와 건조·습윤 단열 감률 및 이슬점을 설명합니다.

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위도에 따른 기온 차이와 계절을 나타낸 지구과학 아이콘 열역학 제1법칙을 나타내는 열 Q, 내부 에너지 U, 일 W 아이콘 몰 분율과 부분 압력 법칙을 나타내는 분자 그림과 P=P₁+P₂ 수식 아이콘 산을 넘는 공기의 상승 응결 고도와 푄 현상 아이콘

수증기압

수증기의 부분 압력이다.
단위는 주로 hPa\mathrm{hPa}을 사용한다.

압력의 단위 hPa\mathrm{hPa}은 '헥토파스칼'로 읽는다.

현재 수증기압

현재 공기 중에 포함된 수증기의 부분 압력이다.

포화 수증기압

특정 온도에서 공기가 최대로 가질 수 있는 수증기압이다.
포화 수증기압은 온도에 의해서만 결정되며, 온도가 높을수록 포화 수증기압이 커진다.

현재 수증기압이 포화 수증기압보다 커지려 하면, 초과한 만큼의 수증기가 응결해 물방울이 되어 현재 수증기압은 포화 수증기압과 같아진다.

온도에 따른 포화 수증기압의 증가 곡선 그래프

불포화 상태

현재 수증기압이 포화 수증기압보다 작은 상태이다.

포화 상태

현재 수증기압이 포화 수증기압과 같은 상태이다.

습도

공기 중 수증기의 양을 나타내는 값이다.

습도가 높을수록 공기 중 수증기의 양이 많으며, 습도에는 상대 습도와 절대 습도가 있다.

상대 습도

현재 수증기압포화 수증기압×100%\dfrac{\text{현재 수증기압}}{\text{포화 수증기압}} \times 100\%인 물리량이다.

절대 습도

단위 부피(1 m3)(1\,\mathrm{m^{3}})에 포함된 수증기의 질량이다.
단위는 주로 g/m3\mathrm{g/m^{3}}을 사용한다.

높이에 따른 기압

높이가 높아질수록 위쪽에 위치한 공기의 무게가 줄어들어 기압이 낮아진다.

기압에 따른 고도 변화를 나타낸 곡선 그래프

공기 덩어리의 단열 변화

공기 덩어리가 외부와 열 교환 없이 상승 또는 하강할 때 기압 변화에 의한 부피 변화로 인해 공기 덩어리 내부의 온도가 변한다.

기압에 따른 공기의 단열 팽창과 단열 압축 도식

단열 감률

단열 변화에 의해 높이에 따라 공기 덩어리의 온도가 변하는 비율이다.

건조 단열 감률

불포화 상태인 공기 덩어리가 단열 변화할 때의 온도 변화율이다.

불포화 상태인 공기 덩어리가 1 km1\,\mathrm{km} 상승할 때마다 공기 덩어리의 온도가 약 10 ∘C10\,^{\circ}\mathrm{C}씩 낮아지고,
반대로 1 km1\,\mathrm{km} 하강할 때마다 공기 덩어리의 온도가 약 10 ∘C10\,^{\circ}\mathrm{C}씩 높아지므로
건조 단열 감률은 약 10 ∘C/km10\,^{\circ}\mathrm{C/km}이다.

고도 h와 h+1에서 공기 덩어리의 단열 팽창·압축 변화를 나타낸 도식

습윤 단열 감률

포화 상태인 공기 덩어리가 단열 변화할 때의 온도 변화율이다.

포화 상태인 공기 덩어리가 1 km1\,\mathrm{km} 상승할 때마다 공기 덩어리의 온도가 약 5 ∘C5\,^{\circ}\mathrm{C}씩 낮아지므로
습윤 단열 감률은 약 5 ∘C/km5\,^{\circ}\mathrm{C/km}이다.

고도 h와 h+1 km에서 포화 공기 덩어리의 단열 팽창과 온도 변화를 나타낸 그림

이슬점

공기가 냉각되어 포화 상태에 도달하는 시점의 온도이다.
단위는 주로 ∘C^{\circ}\mathrm{C}를 사용한다.

불포화 상태의 공기 덩어리의 온도는 이슬점보다 높고, 포화 상태의 공기 덩어리의 온도는 이슬점과 같다.

이슬점 감률

공기 덩어리가 상승 또는 하강할 때의 이슬점 변화율이다.
불포화 상태인 공기 덩어리의 이슬점 감률은 약 2 ∘C/km2\,^{\circ}\mathrm{C/km}이고,
포화 상태인 공기 덩어리의 이슬점 감률은 약 5 ∘C/km5\,^{\circ}\mathrm{C/km}이다.

불포화 상태의 공기 덩어리가 상승하여 단열 팽창할 때, 건조 단열 감률(약 10 ∘C/km10\,^{\circ}\mathrm{C/km})이 이슬점 감률(약 2 ∘C/km2\,^{\circ}\mathrm{C/km})보다 크므로
공기 덩어리의 온도가 이슬점보다 더 빠르게 낮아져 공기 덩어리는 포화 상태에 도달한다.

포화 상태에 도달한 이후 공기 덩어리가 상승하여 포화 수증기압이 낮아질 때,
남는 수증기는 응결해 물방울이 되므로 이슬점 감률과 습윤 단열 감률은 같아진다.

시뮬레이션


적용 문항

1번 문항


온도에 따른 포화 수증기압 그래프와 상대 습도 선택 문제

2번 문항


공기 덩어리의 단열 상승과 건조·습윤 단열 감률을 묻는 지구과학 문항