단열변화
4-1-3 |
단 열 변 화 |
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단열변화 |
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공기가 빠른 속도로 상승하면 기온이 떨어집니다. |
식으면 물이 생기며 이 물이 바로 눈에 보이는 온갖 기상현상입니다. 눈, 비, 이슬,
구름, 안개 등은 모두 물입니다. 수증기가 아닙니다. 물이 생기려면 온도가 떨어져야 합니다.
자, 어떤 경우 온도가 떨어지는지 배워봅시다.
주위보다 온도가 높은 공기는 위로 붕 뜹니다. 상승하면 기압이 작아져 공기덩어리가 팽창합니다.
팽창하면 에너지가 소모되므로 기온이 떨어지죠. 즉, 식는 것이죠. 식으니까 물이 생겨 구름이 됩니다.
다시 한번 강조할 것은 구름, 안개, 이슬, 눈, 비 등은 물이라는 것을 꼭 명심하시라고요.
물이 생기려면 온도가 떨어져야(식어야)하므로 기온이 떨어지면 기상현상이 생기는 것입니다.
이 과정에서 하나 주의할 것은 단열과정입니다. '단열' 이란 말은 열이 끊어진(열 출입이 없는)것을
말합니다. 음식의 출입이 없는 '단식'과 마찬가지죠. 단식상태에서 운동을 계속하여 에너지를
소모하면 몸무게가 줄잖아요. 마찬가지로 단열상태에서 에너지를 쓰면 온도가 떨어집니다.
단열상태가 유지되려면 공기 덩어리가 빠른 속도로 상승(급상승)하여야 합니다.
구름이 발생하기까지의 과정을 간단히 도식화 시켜보면 다음과 같습니다.
단열 상승 → 단열 팽창 → 단열 냉각(기온 하강) → 응결 → 구름의 발생
반대로 단열상태에서 하강하는 것을 단열 하강이라고 하며 이때는 온도가 올라갑니다.
공기가 하강하면 공기덩어리가 압축이 일어나 온도가 상승하는 것입니다.
정리해 보면 다음과 같죠.
단열 상승 ; 공기가 빠른 속도로 올라갈 때, 팽창이 일어나 기온이 떨어진다.
단열 하강 ; 공기가 빠른 속도로 내려갈 때, 수축이 일어나 기온이 올라간다.
단열 상승은 저기압에서, 단열 하강은 고기압에서 일어나는 현상입니다.
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하늘로 공기가 올라가면 기온이 떨어진다는 것울 위에서 했습니다.
이 때 공기의 온도가 감소하는 비율을 "감률"이라고 합니다.
포화되지 않은 공기(보통 공기)를 건조 공기라고 합니다. 이 건조 공기는 100미터 상승할 때마다
1도씩 기온이 떨어집니다 . 이것을 건조 단열 감률이라고 하며기 호로 나타내면 다음과 같습니다.
rd = 1 ℃ / 100 m ( rd ; 건조 단열 감률, d는 dry의 약자)
즉, 건조 공기는 100미터 올라갈 때마다 1도씩 기온이 떨어진다는 의미입니다.
반대로 100미터 내려갈 때마다 기온은 1도씩 올라갑니다.
이것을 그래프로 그려보면 아래와 같습니다.
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자, 이번에는 습윤단열을 살펴 봅시다. 습윤한 공기가 상승할 때는 100미터당 0.5도씩
기온이 떨어집니다. 습윤한 공기란 포화상태(상대습도 100%)의 공기를 말하는데
쉽게 말하면 물이 생긴 공기를 말합니다. 구름이 바로 물이므로 구름 속의 공기가
바로 습윤 공기입니다.
그래서 구름 속에서는 100미터 마다 기온이 0.5도씩 떨어집니다. 수증기가 물로 변할 때
수증기 속에 있는 잠열이 공기 중으로 나오므로 기온이 약간 덜 떨어져 0.5도씩 하강하는
것입니다. 이 비율을 습윤 단열 감률이라고 하며 다음과 같습니다.
rw = 0.5 ℃ / 100 m ( rw ; 습윤 단열 감률, w 는 wet 의 약자)
건조 단열선과 습윤 단열선을 같이 그려보면 다음과 같아요..
