본 압축공기 참고서는 "한국압축공기협회"에서 제작하여 배포한 자료를 세분화하여 필요한 자료를 검색하는데 도움이 되고자 제작하였습니다.

기본이론2-1 공기의 물리적인 특성

◆공기의 물리적인 특성(Physics)

대기(大氣, atmosphere)는 지구의 인력으로 지구 표면을 덮고 있으면서 여러 종류의 공기(air)를 포함하고 있는 공간을 말한다. 대기를 구성하고 있는 공기는 여러 기체(gas)들의 물리적 혼합이며 화학적 화합물은 아니다. 대표적인 기체는 질소, 산소, 아르곤, 그리고 이산화탄소로서, 부피비로 보면 전체 대기의 99.98%를 차지한다. 이들 기체는 지표면에서부터 상공으로 올라갈수록 희박해지지만, 80km까지는 거의 일정한 비율로 혼합되어 있다. 

분자(分子)는 원자의 결합체 중 독립 입자로서 작용하는 단위체. 독립된 입자로 행동한다고 볼 수 있는 원자의 결합체이다. 분자를 이루는 구성 원자의 수에 따라 단원자 분자 (He, Ne, Ar), 2원자 분자 (H2, O2, HCl), 3원자 분자 (H2O, CO2), 다원자분자 (H2SO4, H2CO3), 고분자(녹말, 단백질, DNA)로 분류한다. 불활성기체인 단원자 분자의 경우 분자를 구성하지 않고 원자 그대로 존재하여 원칙적으로 분자로 보기 어렵지만 안정된 기체로 다른 화합물과 잘 반응하지 않고 기체 특유의 성질을 가지므로 일반적으로 분자로 분류하여 사용한다.


공기의 구성 물질(1)

성분 화학식체적 비율질량 비율기체 밀도비중
질소N278.0840.755200001.2511.105
산소O220.94760.231500001.4290.967
아르곤Ar0.9340.012800001.781.38
이산화탄소CO20.0390.000460001.9771.54
네온Ne0.001818  0.000012000.90020.69
헬륨He0.0005240.000000720.17850.13
메탄CH40.000181


크립톤Kr0.000114


  이산화황, 수소, 아산화질소, 제논, 오존, 이산화질소, 요오드


공기의 구성 물질의 특성(2)

성분반데르워스 Van der Waals분자량가스 상수정압 비열정적 비열비열 비
mol−2b / m3 mol−1g/molR (J/g・K)Cp (J/g・K)Cv (J/g・K)γ
공기135 × 10−336.6 × 10−6
28.967
0.28703
1.005
0.718
1.399
질소 N2141 × 10−339.2 × 10−6
28.013
0.29680
1.039
0.743
1.399
산소 O2138 × 10−331.9 × 10−6
31.999
0.25984
0.914
0.654
1.398
수증기 H2O553 × 10−333.0 × 10−6
18.015
0.46152
4.186
3.147
1.33
헬륨 He3.45 × 10−3
23.8 × 10−6
4.003
2.07727
5.240
3.16
1.66
아르곤 Ar136 × 10−3
32.2 × 10−6
39.948
0.20813
0.523
0.32
1.68
수소 H224.8 × 10−3
26.7 × 10−6
2.016
4.12449
14.250
10.12
1.408
일산화탄소151 × 10−3
40.0 × 10−6
28.010
0.29684
1.041
0.74
1.4
이산화탄소365 × 10−3
42.8 × 10−6
44.010
0.18892
0.819
0.63
1.3
암모니아422 × 10−3
37.1 × 10−6
17.031
0.48821
2.060
1.57
1.31
메탄 CH4238 × 10−3
42.8 × 10−6
16.042
0.51828
2.160
1.63
1.32
※0℃/1atm ,비열 = 1kg 의 물질을 1K 만 상승하는 데 필요한 열량 (뒷장설명)


분자 및 서로 다른 상태 (The molecule and the differend states of matter)

물질을 이루는 분자들은 끊임없이 운동하고 있는데 물질의 주위 환경조건(온도 압력 등)에 따라 상태변화를 하고 상태 마다 분자 운동의 정도가 다르다 고체는 분자간의 거리가 매우 가깝고, 분자 사이의 인력이 매우 크게 작용하여 분자는 제자리에서 진동하는 운동만 한다.액체는 분자간의 거리는 가까우나 분자사이의 인력이 크지 않아 어느 정도 자유롭게 움직이고, 기체는 분자 사이의 거리가 매우 멀고, 분자 간에 작용하는 인력이 거의 없기 때문에 분자 운동이 매우 활발하다.

기체 상태의 물질에 계속 열을 가하여 온도를 올려주면, 이온핵과 자유전자로 이루어진 입자들의 집합체가 만들어진 다. 물질의 세 가지 형태인 고체, 액체, 기체와 더불어 '제4 의 물질상태'로 불리며, 이러한 상태의 물질을 플라스마라고 한다.