대류에 대한 궁금증 @ 꼼지락

2008/05/05 23:18

대류현상.. 유명한 현상입니다. 직관적으로 이해가 가는 현상이기도 하고요. 보통 대류를 설명할 때에 '시스템'적으로 생각합니다. '뜨거운 공기는 밀도가 낮기 떄문에 위로 뜬다.'는 식으로 말이죠. 그런데 사실 기체분자 하나의 입장에서

봤을 때, 열을 얻은 분자는 다른 분자들에 비해 더 가볍지 않습니다. (운동속도가 더 빠르니까 오히려 상대론에 의해 질량이 증가했겠죠.) 하지만 사실 뜨거운 기체분자는 위로 뜹니다. 왜 인지 정말 궁금하네요. 누가 설명좀 해주세요.ㅠ

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대류현상

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꼼지락 | 2008/05/05 23:20 | 절대주소 | 수정/삭제 | 댓글

특히 뜨거운 공기시스템의 위쪽 경계면이 이상합니다. 뜨거운 공기의 밀도가 낮은 것이 사실이죠. 그 공기부분의 위쪽에 상대적으로 차가운 공기, 즉 밀도가 높은 공기가 있을 것 입니다. 두 공기층 사이에 있는 어중간한 공기는 밀도가 높은(기압이 큰) 위쪽에서 밀도가 낮은(기압이 작은) 쪽으로 이동할 것입니다. 바람이 부는 원리와 같이 말이죠.
근데 만약 이 현상이 실제로 발생한다면, 뜨거운 공기는 위로 뜨지 않을텐데 이상하죠?;;

대땅이 | 2008/05/06 01:35 | 절대주소 | 수정/삭제 | 댓글

대류현상에서 상대론적 효과가 고려될만큼 공기 분자의 에너지가 증가하진 않을겁니다.

세로토닌 | 2008/05/06 21:01 | 절대주소 | 수정/삭제 | 댓글

기체 분자가 뜬다기보다는, 기체 덩어리가 뜨는 것이죠.
하나의 기체 덩어리 속에도 온도가 다양한 기체 분자가 존재합니다.
샤를의 법칙에 의해서, 기체는 열을 받으면 그에 비례해서 부피가 커지고,
그러면서 밀도가 낮아져서 전체적으로 가벼워지게 됩니다.

그리고 흠, 뜨거운 공기 위의 차가운 공기들이라...
공기 기둥이라는 범위가 상당히 높은 범위라서, 그 위에 차가운 공기가 있다고 해도
현재 우리가 주목하는 뜨거운 공기만큼의 밀도를 가지기는 힘들겠지요.

꼼지락 | 2008/05/06 23:43 | 절대주소 | 수정/삭제 | 댓글

대땅이/ 예^^ 그냥 해본 소리에요ㅋㅋ
세로토닌/ 덩어리로 생각하는 방식은 충분히 이해가 갑니다. 다만 그 덩어리의 최상단과 최하단에 있는 기체분자 하나하나를 주목했을때가 문제입니다. 뜨거운 공기의 겉부분에 있는 분자들이 모두 위로 올라가는 경향이 있다는 것이 이해하기 힘든것입니다.ㅠ

snowall | 2008/05/07 08:17 | 절대주소 | 수정/삭제 | 댓글

위치에너지에 대한 고려를 해보면 분명해 집니다. 위와 아래의 구별은 위치에너지를 이용해서 구별하거든요. 따라서 무중력 상태인 우주에서는 대류가 일어나지 않습니다.
차가운 공기에 들어있는 분자들은 운동에너지를 적게 갖고 있고, 뜨거운 공기에 있는 분자들은 많이 갖고 있습니다. 그럼, 공을 위로 던졌을 때 운동에너지가 적은 것과 많은 것 중에 어느쪽이 더 높이 올라갈 수 있을까요?
결정적으로, 분자들 사이의 충돌은 운동량과 에너지가 잘 보존되는 충돌이어서 충돌하지 않는다고 봐도 크게 무리가 없을 겁니다. 분자가 아주 많이 있을 때, 운동에너지가 큰 것들은 점점 위로 올라갈 것이고 작은 것들은 점점 아래로 내려오겠죠.

꼼지락 | 2008/05/07 23:45 | 절대주소 | 수정/삭제

운동에너지가 큰 분자가 위로 올라가서 전체적으로 운동에너지가 같아지면, 대류완료! 맞나요?^^
근데 운동에너지가 큰 분자가 아래로 내려가서 운동에너지를 더 얻으면 안되는 건가요??? 왜 그 현상은 자연스럽지 못한 걸까요..?

snowall | 2008/05/07 23:59 | 절대주소 | 수정/삭제 | 댓글

운동에너지가 큰 분자는 위에 있든 아래에 있든 상관이 없지만, 운동에너지가 작은 분자는 위에 올라갈 가능성이 아예 없습니다.
따라서 온도가 높으면 위로 올라갈 가능성이 생깁니다.

꼼지락 | 2008/05/08 00:21 | 절대주소 | 수정/삭제

그래서 뜨거운 공기가 위에있는 공기를 밀어내고 올라간다는 말이 있는거였군요. 정말 감사드립니다. 완전히 이해한 것 같습니다.

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