공기의 특성 및 구성비율/ 공기의 구성

공기의 특성과 상태

 

 우리가 현재 숨쉬고 살아가는 대기중의 공기의 특성 및 상태에 대해서 알아보자

 

 

 

 

 

 

 

 

공기의 특성 및 상태

 

(1) 공기의 성질

고체나 액체는 분자가 치밀하게 접해 있지만, 공기의 경우는 분자간의 거리가 커서 그 운동이 자유롭다. 공기에서는, 그 거리가 3.35×10-7㎝ 정도이고, 분자의 직경 3.72×10-8㎝의 약 9배에 상당하다.분자는 상하․좌우로 불규칙하게 운동하면서 서로 충돌한다. 운동하고 있는 임의의 분자가 여느 분자에 충돌하기까지 움직이는 거리를 자유행로라 이른다. 그 거리는 각분자에 따라 일정하지 않으나, 온도와 압력이 결정되면 자유행로의 평균치가 결정된다. 그 평균 자유행로는 공기인 경우, 6.4×10-6㎝이고, 공기 분자의 직경이 약 170배에 상당한다.

압력은 운동하는 분자가 벽에 충돌할때의 운동량의 변화에 바탕한 힘으로서 포착할 수가 있다.

이같이, 공기는 분자 상호간의 힘이 약하므로 체적은 압력, 온도에 따라 쉽사리 변화하는 압축성 유체이다.

 

1) 대기의 조성

우리들의 삶의 터전인 지구 주위에는 1000㎞ 상공에 걸쳐서 대기에 덮여있다. 대기란, 지구 주위를 에워싸는 기체를 이르며, 지표면에서 짙고, 상공으로 갈수록 얇아진다. 지표에서 약 15㎞가량의 대유 권에 있는 기체를 공기라 한다. 물분자를 함유하지 않는 건조한 공기는 무색․무취․무미의 가스이며 제3도 처럼 주로 질소 N2와 산소 O2 로 체적의 약 99%를 차지하는 혼합물이다. 이밖에 아르곤(Ar), 네온(Ne), 헬륨(He), 크리프톤(Kr), 키세논(Xe) 따위의 불활성가스와 탄산가스(CO2)를 소량 함유하고 있다.

 

 

 

            공기의 구성  (지표부근)

 

성    분	체   적   비	성   분	체   적    비
질 소 (N2)	78.03	네 온 (Ne)	0.0012
산 소 (O2)	20.99	헬 륨 (He)	0.00043
아르곤 (Ar)	0.94	크립톤 (Kr)	0.000005
수  소 (H2)	0.01	크세논 (Xe)	0.00000006

        이산화탄소 (Co2)                     0.03

             ※ 이런 공기의 성분에서 산소와 다른 Gas를 제거하여 만드는 것이 바로 질소 발생기 이다.

 

                          단위 : %

 

성분 구분	N2	O2	Ar	CO2
체적조성	78.09	20.95	0.93	0.03
중량조성	75.53	23.14	1.28	0.05

                                                         표 1. 대기의 조성(0℃, 760㎜Hg)

 

 

 

표 2-2 공기의 제성질

명    칭	기호	수치	단    위	비    고
표준대기압   밀      도   비  중  량   정압  비열   정적  비열   비  열  비   가스  정수   음      속	Po ρ γ Cp Cv κ R α	1.0332 0.1319 1.293 0.240 0.171 1.402 29.27 331.68	[kgf/cm²abs]  [kgf․s²/m⁴]  [kgf/m³]  [kcal/kgf․℃]  [kcal/kgf․℃]    [kgf․m/kgf․K]  [m/s]	{101.325[kPa]} {1.293[kg/m³]} γ=1.293 {1.005[kJ/kg․K]} {0.716[kJ/kg․K]}   {287.04[J/kg․K]} (0[℃]의 경우)

 

 

 

2) 자유 공기와 표준상태의 공기

공기 상태는 그 특성에 따라 세 가지로 분류할 수가 있다. 그 하나는 자유 공기(Free air)로서 우리가 생활하고 있는 지구상의 공기 상태를 가리킨다. 이것은 항상 같은 상태에 있는 공기는 아니다. 왜냐하면 대기 상태는 표고, 기압, 온도, 위치, 시간에 따라 변화되기 때문이다.

그러므로 자유 공기를 공기압 기기를 생각할 경우의 기준값으로 할 수는 없다.

이에 반해 정해진 위치와 정해진 시간의 공기 상태를 표준 상태의 공기(Normal air)라 하고 다른 하나는 기준 상태라고 한다. 이것은 해면을 기준으로 하여 다음과 같이 정한다.

표준 상태	기준 상태
대기압 : 760㎜Hg(1.033㎏/㎠)	대기압 : 760㎜Hg
온도(t) : 20℃	온도(t) : 0℃
관계습도 : 75%	관계습도 : 0%
비중량(γ) : 1.20㎏/㎥	비중량(γ) : 1.30㎏/㎥

 

 

그리고 이 상태 공기는 공기압 기기의 용량, 효율, 성능을 추론하기 위한 기준값으로 가끔 사용되는 중요한 한계값이다. 이와같이 일반적으로 상태 공기와 자유 공기를 같은 뜻으로 사용하고 있으나 양자는 어느 한정된 조건 아래에서만 일치된다.

 

 

  

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