공기중의 수분에 대해서
일반 공기는 습도라고 불리는 수증기를 포함한다.
그래서 사람이 쾌적하다고 느끼는 기온 25℃, 상대습도 60%일 때에 공기(대기압)에 포함되는 수분량을 구한다.
상대습도(RH%)란 어떤 기압, 온도에서의 물의 포화 수증기압(P*)에 대한 대기 중 수증기압(P)의 백분율로 정의되어 있다.
RH%= 100 × P / P *
따라서 어떤 온도에서의 수증기압은 포화 수증기압과 상대 습도에서 구할 수 있다.
어떤 온도(T℃)에서의 포화 수증기압(P*)은 온도의 함수(경험식)로서 구할 수 있다.
대기 환경의 온도 범위에서는 근사적으로는 티텐(Tetens)의 식이, 넓은 온도 범위에서는 바그너(Wagner)의 엄밀수증기압식을 적용할 수 있다.
티텐식 : P* (T) = 610.78.10 {7.5T / (T+237.3) ) }
지수함수로 나타내면=610.78·exp {17.27T / (T+237.3 ) }
바그너식 : P* (T) Pc.exp {(-7.76451 X+ 1.45838 X1.5 -2.7758 X3-1.23 303 X6 ) / (1-X ) }
여기에서 Pc(임계압: 22.12×106Pa)
X ＝ 1 － ( T+237.15 ) / Tc
Tc(임계 온도: 647.3K)
아래 표에 나타낸 것과 같이 일반적인 기상 범위(0~ 50℃ 정도)에서는 두 식을 이용해도 큰 차이가 없다.
포화 수증기압(Pa), 바그너식/티텐식의 비교
|
기온
|
와그너식
|
티텐식
|
차 ( % )
|
|
- 50
|
6.35
|
6.08
|
- 4.6
|
|
- 25
|
80.7
|
79.9
|
- 0.93
|
|
0
|
611.5
|
610.8
|
- 0.12
|
|
25
|
3.171×103
|
3.168×103
|
- 0.12
|
|
50
|
12.35×103
|
12.34×103
|
0.12
|
|
100
|
101.4×103
|
102.2×103
|
0.82
|
|
200
|
1.557×106
|
1.645×106
|
5.4
|
기온 25℃에서의 포화 수증기압은 대체로 3,170 Pa가 된다.따라서 상대습도 60%인 대기의 수증기압은 1,902Pa(3,170×0.6)로 계산되었으며, 대기압이 101,325Pa인 경우에는 분압의 법칙을 적용하여, 수증기의 용량%는 약 1.88Vol%(100×)로 계산되었다.
1902/101325)로 계산된다.
이 값은 산소에 이어 존재량이 큰 분자임을 나타낸다.
공기 1m3(1000L) 중에 포함된 수분량(g)은 수증기의 용량%, 기온 25℃일 때의 몰 부피(24.465L/mol)와 물의 분자량(18g/mol)에서 약 13.8g(18×0.0188×1000/24.465)으로 계산할 수 있다.
참고
수상치환 기체포집 실험 주의점
실험으로 기체를 수상 치환(용기를 물에 채워 기체와 치환하여 보수)하면, 보수한 기체는 수증기로 포화된 기체라고 생각할 수 있다.
따라서 보수한 기체의 부피에서 기체의 양을 구할 때에는 그 온도에서 포화 수증기량을 차감할 필요가 있다.
얻어진 부피는 대기압에서 포화 수증기압을 빼고, 기체의 분압을 구하여 계산해야 한다.
