오늘은 냉동공학에 또 다른 기본인 열과 온도에 대해 알아볼 것이다. 그리고 온도의 3가지 종류인 섭씨온도, 화씨온도, 절대온도에 대해서도 간단히 정리하려고 한다. 가끔 외국드라마를 보면 온도가 화씨로 나와있는 경우가 있는데 이때 '저게 그래서 얼마나 뜨거운 거야?'라는 생각을 하곤 했었는데, 오늘 이글에서 섭씨와 화씨의 환산도 한번 짚고 넘어가 보자.
< 목 차 >
1. 열(heat)
2. 온도(temperature)
3. 섭씨온도(℃, Celsius degree)
4. 화씨온도(℉, Fahrenheit degree)
5. 섭씨온도와 화씨온도의 환산 및 상관관계
6. 절대온도(Kelvin degree)
1. 열(heat)
열(heat)이란 물체를 구성하는 분자의 운동에너지의 한 형태이며 열이 한 물체에서 다른 물체로 이동할 때 열에너지(thermal energy)라 부른다. 뜨거워지는 것(온도가 올라간다)은 접촉, 마찰, 충돌 등의 이유로 물체를 구성하는 분자의 운동이 활발해진다는 뜻이고, 반대로 차가워지는 것(온도가 내려간다)은 분자 운동이 둔해진다는 것이다. 즉 물질을 구성하는 분자의 운동에너지가 클수록 온도가 높고, 운동에너지가 작을수록 온도가 낮다. 그러므로 열은 물체의 온도를 변화시키는 원인이며 열의 이동은 이 온도차에 의해 일어난다.
2. 온도(temperature)
온도(temperature)란 물체를 가지고 있는 열(물체의 분자의 운동에너지)의 세기를 물리량으로 나타낸 것이다. 온도는 열팽창, 전기저항, 기전력, 복사에너지 등 여러가지 물리적 성질을 이용하여 온도를 측정하는 계측기인 온도계로 측정할 수 있다. 또한 온도는 아래와 같이 섭씨온도(Celsius degree), 화씨온도(Fahrenheit degree), 절대온도(Kelvin degree)의 세 가지 종류가 있다.
3. 섭씨온도(℃, Celsius degree)
표준대기압에서 순수한 물의 빙점(어는점)을 0, 비등점(끓는점)을 100으로 정하고 그 사이를 100등분 한 것을 1 섭씨(기호 ℃)로 정한 것을 섭씨온도라고 한다. 스웨덴의 천문학자인 A. Celsius가 제안한 것으로 미터(m) 단위를 쓰는 나라에서 많이 사용한다.
4. 화씨온도(℉, Fahrenheit degree)
표준대기압에서 순수한 물의 빙점(어는점)을 32, 비등점(끓는점)을 212로 정하고 그 사이를 180등분 한 것을 1 화씨(기호 ℉)로 정한 것을 화씨온도라고 한다. 독일의 D. Fahrenheit가 제안한 것으로 미국과 영국과 같이 피트(feet) 단위를 쓰는 나라에서 주로 사용한다.
5. 섭씨온도와 화씨온도의 환산 및 상관관계
섭씨온도와 화씨온도는 결국 둘 다 열에너지의 세기를 나타내는 단위지만 서로 구하는 식이 다르기 때문에 혼란을 야기시킨다. 또한 섭씨온도에 익숙한 우리나라에서 갑자기 화씨온도로 표현되면 '이게 그래서 얼마나 뜨거운 거(혹은 차가운 거)야?"라는 의문점이 생기기 마련이다. 따라서 아래 사진과 같이 섭씨와 화씨의 상관관계를 쉽게 이해할 수 있도록 등분표로 정리해 보았다.
사진을 보면 섭씨(℃)는 어는점을 0, 끓는점을 100으로 놓고 그 사이를 100등분 한 것임을 알 수 있고, 화씨(℉)는 어는점을 32, 끓는점을 212로 놓고 그 사이를 180등분 한 것임을 알 수 있다. 이 내용으로 섭씨(℃)에서 화씨(℉)로 화씨(℉)에서 섭씨(℃)로 환산이 가능해진다. 아래 수식을 참고하자.
- t℃ : 섭씨온도
- t℉ : 화씨온도
위 수식을 잘 살펴보면 이해하는데 크게 어렵지 않다. 화씨(℉)에서 섭씨(℃)로 환산하는 것은 화씨온도에서 -32를 한 뒤 180등분을 하고 100을 곱해주면 된다. 반대로 섭씨(℃)에서 화씨(℉)로 환산하는 것은 먼저 100등분을 하고 180을 곱해준 뒤 +32를 하면 된다.
6. 절대온도(Kelvin degree)
절대온도란 물의 삼중점(순수한 물이 고상(얼음), 액상(물), 기상(수증기)의 평형을 유지하며 공존하는 상태)을 273.16 캘빈(기호 K)으로 하고 온도 눈금을 섭씨온도와 같은 간격으로 정한 온도로 스코틀랜드의 L. kelvin이 고안하였다. 그리고 모든 분자운동이 정지되는 온도가 있는데 이를 절대영도라 고하며 켈빈온도가 0이 되는 온도이다. 이 절대영도는 절대온도와 섭씨온도가 눈금이 같기 때문에 섭씨온도로 표현하면 -273.15℃로도 표현할 수 있다. 따라서 절대온도를 T(K), 섭씨온도를 t℃라고 하면 아래와 같은 식이 나온다.
오늘 온도의 종류도 한 번 되짚어 봤는데, 앞으로는 화씨, 섭씨 헷갈리지 말고 화씨가 나오면 몇 섭씨가 되겠구나라고 바로 알 수 있는 똑똑이가 될 수 있을 것 같다. 태풍이 온다는데 모두 무사히 지나갔으면 좋겠다. 오늘 하루도 잘 마무리하자
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