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환경과 기상

환경과 기상. 제 2 장 기체의 분자운동과 그 응용 김영덕. 2.1 기체의 법칙. PV=nRT→ ← 밀도ρ = ↓ P= ρ RT 여기서 α = ( 비용적 , 비체적 ) P α =RT( 단 , m=1kg 에 대하여 ) N A : 아보가드로수 = 6.022ⅹ10(1kmol 중 ) : 보편기체정수 = 8,314.3 J/deg.kmol =MR.

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Presentation Transcript

  1. 환경과 기상 제2장 기체의 분자운동과 그 응용 김영덕

  2. 2.1 기체의 법칙 PV=nRT→ ←밀도ρ= ↓ P=ρRT 여기서 α= (비용적, 비체적) Pα=RT(단, m=1kg에 대하여) NA : 아보가드로수 = 6.022ⅹ10(1kmol 중) : 보편기체정수 = 8,314.3 J/deg.kmol =MR

  3. Ex2.1) 임의의 기체n(kmol)에 대한 상태 방정식을 구하 여라. 그리고 온도273.15K, latm (1,013.25ⅹ10²N/m²) 에있어서의 1kmol의 체적을 구하여라. PV=n(MR)T→기체정수를 사용하여 PV= 그러므로 1kmol의 체적은 따라서 개의 분자를 포함하고 있는기체에 대한 상태 방정식은 이다

  4. ▷건조공기에 대해서 :건조공기의 압력 :건조공기의 비응적 :건조공기의 비기체 가스

  5. Ex2.3)20°c에서 수증기압은 이었다. 동일 온도로 건조공기의 압력은 1atm이라 고하고 각각의 밀도를 구하여 비교하여라. 수증기의 상태 방정식에서 비용적은 한편 건조공기에 대해서 마찬가지로

  6. 그러므로 20°c에 있어서 수증기와 건조공기의 밀도는 각각 이고 이다.

  7. 2.2 분자 운동론 :평균분자의 속도 p:압력 n:단위체적당 분자수 m:분자 1개의 질량 X방향으로 운동하고 있는 분자수 : n/3 +X방향으로 운동하고 있는 분자수 : n/6 -X방향으로 운동하고 있는 분자수 : n/6

  8. +X방향으로 단위시간당 이동한 거리: A단면에 부딪히는 분자의 수: (단위시간당, 단위 면적당) 여기에서 벽에 충돌하는 분자 1개의 운동량은 (충돌전 : 충돌후:

  9. P(압력)벽의 단위면적당에 미치게 되는 평균의 힘 P = ERT이므로

  10. Ex)20°c에서 이상기체로서의 NO2의평균 분자 속도는? NO2의 분자량은 =46이므로비기체정수는 그러므로 20°c 에서의 평균 속도는

  11. 2.3 수송과정과 분자 운동 1.평균 자유 행정(meanfree path) 분자의 충돌이 있은 후 다음의 충돌이 있을때까지 분자가 움직이는 평균거리 ℓ을 평균자유행정이라 고 하고, 이 때에 걸리는 시간을 분자의 평균자유 시간 라 한다. ℓ = V ∙

  12. D>a+a’의경우 분자 사이의 힘은 작용하지 않음 D<a+a’의 경우 분자 사이에 강한 힘이 작용 1

  13. 여기서 분자가 충돌하기 위한 필요조건은 분자 가 V에 수직한 반경(a+a‘)의원한내에 다른 분자가 있 을 경우 즉, 원반의 단면적 이므로 동일분 자의 경우는 이것을 전산란 단면적이라 한다. ▷자연환경중의 대표적 기체의 평균자유행정

  14. 방향 그림 2.3 응력이 작용하고 있는 기체중의 높이 z에 대한 면 2. 점성과 분자적 운동량의 수송 : 근면의 윗쪽 기체흐름 의 운동량중 x성분의 단위 시간, 단위면적당 평균 감소량이다

  15. 단위시간, 단위면적당 면Z를 통과하는 분자수는 위에서 아래로 nv/ , 아래에서위로 통과하는 숫 자가 nv/s이다. 따라서 단위시간, 단위면적당 근면을 통하여 윗 방향으로 수송되는 x방향의 평균운동량은 단위시간, 단위면적당 근면을 통하여 아래 방향으 로 수송되는x방향의 평균운동량

  16. 따라서 단위시간당, 단위면적당 면 아래쪽에서 위쪽으로 수송하는 x방향 순운동량 수송 즉 는 여기서 ℓ은 매우 적은 수치이므로

  17. 여기서nm=ρ

  18. 2.4 분자 확산계수와 수송 혼합 기체속에서 어떤 임의의 분자를 상정하여 그 임 의의 분자수를 Ni이라고 하면, 만약 Z면을 경계로 임 의의 분자가 비평형상태인 경우의 단위시간, 단위면 적당 Z면을 +방향으로 통과한 어떤 분자의 수 Fz ◀ Fick의 법칙

  19. 여기서 어떤 임의의 분자가 Z면을 통과하는 질량 Flux Fz

  20. 2.5 분자 확산에 의한 수송과 환경으 로의 응용 1. 물의 순환 ∙ 육지,내수면,바다와 대기 사이의 물의 순환은 자연 환경에 있어서 가장 일상적인 과정 ∙ 수면에서의증발율 : 수면상을 부는 바람과 수면 온 도, 수중의 온도 분포 등에 관계하고 있다는 것 ∙ 온도가 높아지면 증발에 의한 물 손실이 커지는 것 은 직접적으로 그 포화 증기압이 관계하고 있고, 한 편 바람에 이한 증발량의 증가는 수면상에 수증기가 급속히 수송되어 가는 것과 관계

  21. 2. 수면에서의 증발

  22. 3. 식물잎에서의 증산

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