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과학

기체

기체과학
영문명
Gas
거시적 특징
일정한 모양과 부피를 갖지 않음
압력의 기원
입자의 운동량 전달
기본 모형
이상 기체와 실제 기체
기체는 보통 일정한 모양이나 부피를 유지하지 않고 용기 안의 이용 가능한 공간으로 퍼지는 물질의 상태다. 압축되기 쉬우며 압력·부피·온도 사이의 관계로 거시적 성질을 설명한다.

공간으로 퍼지는 입자

기체의 입자는 액체나 고체에 비해 보통 서로 멀리 떨어져 움직인다. 용기 벽과 충돌하며 운동량을 전달하는 효과가 압력으로 나타난다. 기체가 용기를 채우는 것은 입자 사이에 아무 상호작용도 없다는 뜻은 아니다.

모든 기체가 분자는 아니다

산소나 질소처럼 분자 상태의 기체도 있지만 헬륨처럼 원자 상태로 존재하는 기체도 있다. 따라서 기체 입자를 언제나 분자라고 부르면 정확하지 않다. 어떤 입자로 이루어졌는지는 물질의 조성과 조건에 따라 살펴야 한다.

압력과 부피와 온도

이상 기체 모형에서는 입자 자체의 부피와 상호작용을 단순화해 압력, 부피, 온도와 입자 수 사이의 관계를 설명한다. 온도는 절대온도로 사용해야 한다. 같은 양의 기체라도 온도와 압력이 바뀌면 차지하는 부피가 달라진다.

실제 기체는 높은 밀도나 액화에 가까운 조건 등에서 이상 기체 모형과 차이가 커질 수 있다. 단순한 식을 적용하기 전에 근사가 적절한지 확인하는 것이 중요하다.

압축과 상태 변화

기체가 압축되기 쉬운 것은 입자 사이의 공간과 관련된다. 하지만 압력을 높인다고 어떤 온도에서도 반드시 액체가 되는 것은 아니다. 임계점과 상평형 조건을 함께 고려해야 한다. 기체의 팽창과 압축에는 열의 이동과 일이 동반될 수 있다.

관련 문서

액체 / 고체 / 압력 / 온도