단열변화

단열변화 (Adiabatic change)

해설

외부와 열의 출입이 없는 조건하에서 기체가 팽창 또는 수축하는 일을 말한다. 팽창할 때는 기체의 내부에너지가 부피의 팽창을 위해 사용되므로 온도가 내려간다. 반대로 압축될 때는 내부에너지가 증가하므로 온도는 올라간다.   예를 들면, 펌프로 공기를 급격하게 타이어 속에 넣을 때에는 열이 출입할 여유가 없을 정도로 갑자기 압축되므로 단열변화에 가까운 상태가 되어, 내부의 공기 온도는 올라간다. 또, 한 덩어리의 대기가 상승기류가 되어 팽창하는 경우도 단열변화의 일종으로 볼 수 있는데, 이 상승기류에 의한 온도저하가 구름의 발생원인이 되는 것 등 대기의 단열변화는 기상현상을 설명하는 데 중요한 요소이다.   대기 속에서 이루어지는 단열변화는 기단(氣團) 속에 있는 수증기의 상태변화에 따라 다음의 네 단계로 나뉜다. ① 건조급(미포화급):공기는 건조단열시에 냉각한다. 즉, 100 m 상승할 때마다 약 1 ℃의 비율로 기온이 내려가는데, 이 과정은 포화상태에 도달할 때까지 계속된다. ② 성우급(成雨級):포화상태에 도달할 때까지 기온이 내려간 기단이 다시 단열팽창하면 습윤(濕潤)단열변화가 일어나 기온이 내려가는 비율은 감소하지만, 그 후 동결점(凍結點)에 도달한다. ③ 성박급(成雹級):물이 얼음으로 변할 때 방출되는 응고열과 단열냉각이 평형을 이루어 기온은 동결점에서 정지한다. ④ 성설급(成雪級):공기는 포화상태인 채로 상승과 동시에 냉각해 간다.   이 과정에서 물의 결정은 승화에 의해서 직접 빙정(氷晶)으로 변한다. 성설급은 공기가 완전히 건조할 때까지 계속되는데, 완전히 건조하면 다시 건조급의 변화가 일어난다.