기체 분자 운동과 압력
기체 분자는 쉬지 않고 사방으로 움직이며 그릇 벽에 부딪혀요. 이 충돌이 벽을 미는 힘이 기체의 압력이에요. 실린더 속 분자들을 보며 압력이 생기는 까닭을 알아보고, 피스톤을 누르거나 온도를 바꾸며 기체의 압력, 부피, 온도 사이의 관계를 실험해 보세요.
2022 개정 교육과정중학교 과학 기체의 성질 · 기체의 압력과 입자 운동, 압력과 부피, 온도와 부피물질과 에너지 물질의 세 가지 상태 · 기체의 온도, 압력, 부피, 몰수 관계역학과 에너지 열과 에너지 · 이상 기체의 온도, 압력, 부피의 관계고급 화학 물질의 성질 · 기체 분자 운동론, 온도에 따른 속력 분포
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이하은T 과학 실험실
온도
피스톤을 누르는 압력
기체의 양 (분자 수)
빠르기
시간에 따른 압력
분자들이 벽에 부딪혀 준 충격을 모아 잰 압력이에요 · 점선은 이론값
잰 압력이론값
분자의 속력 분포고급 화학
막대는 지금 분자들의 속력, 곡선은 이론적인 분포예요 · 옅은 곡선은 −73 °C와 227 °C
지금 온도−73 °C227 °C
측정 기록
압력과 부피
온도와 기체의 양이 같을 때 · 점은 기록, 곡선은 압력 × 부피 = 일정
기록압력 × 부피 = 일정
온도와 부피
압력과 기체의 양이 같을 때 · 직선을 늘이면 약 −273 °C에서 부피가 0이 돼요
기록직선을 늘인 선
압력
압력 = 힘 ÷ 넓이
- 일정한 넓이에 수직으로 작용하는 힘이에요
- 기체의 압력은 분자들이 벽에 부딪히며 생겨요
- 기체는 모든 방향으로 같은 크기의 압력을 작용해요
분자 운동
충돌이 잦고 셀수록 압력이 커요
- 분자 수가 많을수록 → 충돌 횟수 증가
- 부피가 작을수록 → 벽에 더 자주 부딪힘
- 온도가 높을수록 → 분자가 빨라져 더 자주, 더 세게 부딪힘
보일 법칙
압력이 커지면 부피가 작아져요
- 온도와 기체의 양이 일정할 때 압력 × 부피 = 일정
- 압력이 2배 → 부피는 ½배
- 예: 높은 산에서 과자 봉지가 부풀어요
샤를 법칙
온도가 높아지면 부피가 커져요
- 압력과 기체의 양이 일정할 때 온도가 1 °C 오를 때마다 0 °C 부피의 약 1/273씩 늘어요
- 절대 온도(K = °C + 273)로 나타내면 부피는 절대 온도에 비례해요
- 예: 찌그러진 탁구공을 뜨거운 물에 넣으면 펴져요
이상 기체 방정식
PV = nRT
- 압력 · 부피 · 온도 · 몰수(분자 수)를 한 식으로 묶어요
- 분자 수가 2배이면 같은 온도 · 압력에서 부피도 2배
- 고등학교 물질과 에너지 · 역학과 에너지에서 다뤄요
생각해 보기
- ① 탭에서 분자 수를 60개에서 180개로 늘리면 1초 동안 피스톤에 부딪히는 횟수와 압력은 어떻게 되나요?
- 온도를 높이면 분자의 속력과 충돌은 어떻게 달라지나요? 압력이 커지는 까닭을 두 가지로 말해 보세요.
- ② 탭에서 압력을 1기압에서 2기압, 4기압으로 바꾸면 부피는 몇 배가 되나요? 압력 × 부피의 값을 비교해 보세요.
- 압력을 크게 하면 왜 부피가 줄어들까요? 분자 수, 분자의 속력, 충돌 횟수로 설명해 보세요.
- ③ 탭의 온도–부피 그래프를 낮은 온도 쪽으로 늘이면 부피가 0이 되는 온도는 얼마인가요? 실제 기체도 그 온도에서 부피가 0이 될까요?