지난 글의 내용인 수증기량과 이슬점을
아시는 것이 도움이 됩니다
2023.02.09 - [과학/중학교 과학3] - 중3 과학-기권과 날씨-수증기량, 포화수증기량, 이슬점, 상대습도, 절대습도, 아침에 안개가 끼는 이유, 아침이슬 이유
중3 과학-기권과 날씨-수증기량, 포화수증기량, 이슬점, 상대습도, 절대습도, 아침에 안개가 끼는
지난 글까지 대기권의 구조와 태양복사에너지, 지구복사에너지의 복사평형을 이야기 하였습니다 2023.02.08 - [과학/중학교 과학3] - 중3 과학-기권과 날씨-태양복사에너지, 지구복사에너지, 복사평
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이번 글에서는
구름의 생성원리와 비에 대하여
이갸기 해보려고 합니다
구름의 생성을 이해하기 위해서는
단열팽창이라는 공기의 변화 과정을
이해해야 하기 때문에
간단하게 단열팽창도 설명할까 합니다
단열팽창 및 기체 열역학 4대 과정은
다른 글에서 다루도록 하겠습니다
글의 순서는
1. 기체덩어리(공기덩어리)
단열 팽창, 단열팽창의 예시
2. 구름의 생성, 구름이 생성되는 경우
3. 비의 생성 원리
입니다
1. 기체덩어리(공기덩어리)
단열 팽창, 단열팽창의 예시
1)기체덩어리(공기덩어리)
공기덩어리가 있다고 하겠습니다
이 공기 덩어리는
외부하고 섞이지 않는다고 가정합니다
보이지 않는 경계가 있다고 하겠습니다
공기 덩어리의 특징은 다음과 같습니다
(1)공기 덩어리의 에너지
공기 덩어리는 에너지를 가집니다
보통 온도가 높아지면 에너지가 높아지고
온도가 떨어지면 에너지가 낮아집니다
(2)공기 덩어리의 팽창, 수축
공기 덩어리가 팽창하면
커지기 위하여 에너지가 필요합니다
공기덩어기가 수축하면
작아지면서 에너지를 얻습니다
(일단 이걸 기본 전제로 받아들여야 합니다)
(3)공기 덩어리의 에너지 출입
공기 덩어리가 에너지를 받으면
부피가 커지거나, 온도가 올라갑니다
공기 덩어리가 에너지를 잃으면
부피가 작아지거나, 온도가 떨어집니다
(혹은 두 가지가 동시에 일어납니다)
이 말을 쉽게 공식으로 표현하면
입니다... 네... 더 어려워 집니다
글로된 부분만 이해하시면 됩니다
그림으로 정리하면
가 됩니다
이 부분이 핵심 대전제이기 때문에
중요합니다
2) 단열 팽창
공기 덩어리가 외부에서
에너지를 받는 경우와
에너지를 뺏기는 경우가
이해가 되실 겁니다
그렇다면
외부하고 에너지 출입이 없다면 어떨까요?
공기가 팽창을하게 되면
에너지가 필요합니다
이건 외부에서 강제로 팽창을 시켜도 그렇습니다
단열팽창은 외부에서
에너지를 못받은 상태에서
팽창하는 경우는 말합니다
(한자로 끊을 단, 열 열을 씁니다)
그럼 어디서 에너지를 끌어 쓸까요?
스스로의 열에너지로 사용합니다
온도가 떨어지게 됩니다
번외로 단열 수축은
외부에서 열을 못받고
잃지도 않으면서 수축하는 경우 입니다
부피가 작아지면서 온도가 올라갑니다
이 두가지를 이용하면 에어컨이나
냉장고를 만들 수 있습니다
(다른 글에서 다루겠습니다)
(3)단열팽창의 예시
원래 단열팽창은
이상적인 과정입니다
외부와의 열출입을 통제하고
강제로 팽창시켜야 단열팽창입니다
하지만 완벽히 통제된 열이 아니더라도
급속하게 팽창된 경우
열의 출입이 최소화되어
단열팽창으로 볼 수 있습니다
2. 구름의 생성, 구름이 생성되는 경우
1) 구름의 생성
구름이 생성되는 경우는 언제일까요?
우선 구름을 정의해 보겠습니다
구름은 기체일까요? 액체일까요?
액체입니다
너무 작아서 공중에 떠 있을 수 있습니다
(자체로 가벼워서 뜨는 것이 아니라
바람 등의 힘에 의해 떠있습니다)
그럼 공기 중의 수증기(기체)가
구름(액체)가 되려면
필요한 것이 무엇일까요?
바로 이슬점 이하의 온도 입니다
(이슬점은 이전글을 참고부탁드립니다)
결국 공기가 온도가 내려가서
이슬점 이하가 되면
공기 중의 수증기가 액화되어
구름이 되는 것입니다
그럼 어떤 경우 온도가 내려갈까요?
바로 위에서 제시한 단열팽창입니다
공기가 빠르게 상승하면서 단열팽창하면
부피가 커지면서 온도가 떨어지고
이슬점 이하로 내려가서 구름이 생성됩니다
*참고로 상승하면 부피가 커지는 이유는
위로 올라갈수록
주변의 기압이 낮아져서
공기 덩어리를 누르는 힘이
감소되기 때문입니다
2) 구름이 생성되는 경우
위에서 설명드린 대로
공기 덩어리가 빠르게 상승하면
단열팽창에 의해 구름이 형성됩니다
그럼 어떤 경우가
공기가 빠르게 상승할까요?
(1)지면이 가열되는 경우
땅이 가열되어서
바로 위의 공기들이 팽창하여
밀도가 낮아져서 급격히 상승하면
단열팽창이
일어납니다
이로인해 구름이 생성됩니다
(2)저기압 중심부에서
저기압 날씨는 흐립니다
저기압 중심부에
구름이 생기기 때문입니다
저기압은 주변보다 기압이 낮습니다
그래서 주변에서 압력이 낮은 쪽으로
바람이 불어들어 옵니다
그럼 중심부에서는 몰려든 바람 때문에
상승기류가 발생하고
상승 기류를 타고 올라간 공기가
단열팽창하여 구름이 생깁니다
(3)산을 타고 올라가는 경우
기단(공기덩어리)가
다른 기단에 의해 밀려서
산을 타고 올라가게 되면
구름이 생깁니다
산 중턱에 구름이 있거나
안개가 끼는 것도 같은 이유 입니다
심한 경우
산 중턱에서 비가 오기도 합니다
3. 비의 생성
비의 생성은 의외로 간단합니다
중위도와 고위도(추운지역)
저위도(따뜻한 지역)
으로 나눠서 설명드리겠습니다
중위도나 고위도의 구름 속은
차갑기 때문에 얼음과 물로
구성되어 있습니다
얼음조각에 물이 붙거나
물끼리 붙어서 점점커지다가
무게가 무거워 지면 지면으로
떨어집니다
떨어지면서 기온에 의해 녹으면 비
녹지 않고 내리면 눈이 됩니다
저위도 지방은 구름에
거의 물로만 되어 있습니다
물방울이 서로 뭉치면서 커지면
떨어지게 되고 비가 됩니다
이번 글에서는
구름의 생성과비의 생성을
단열팽창과 함께 이야기 하였습니다
다음 글은
기압의 정의와 토리첼리의 실험
대기압과 저기압에 대하여 이야기하려합니다
2023.05.18 - [과학/중학교 과학3] - 중3 과학-기권과 날씨-기압, 토리첼리 수은 기둥, 고기압과 저기압
중3 과학-기권과 날씨-기압, 토리첼리 수은 기둥, 고기압과 저기압
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