GAS 공부하기1-1 -원자의 운동과 압력

닫힌계에서 원자는 에너지를 흡수하게된다. 벽이나 주변환경에서 나오는 방사선같은, 그리고 흡수한 에너지를 운동에너지로 바꿔 가지고있게 된다. 닫힌계라 할 지라도 원자나 원자에게 에너지를 전해주는 매개체인 주변환경에도 원자는 존재하기때문에 계속해서 에너지의 충돌이 일어나고 이러한 원자들의 진동(움직임)은 계속해서 상호간에 에너지를 전달하게 된다.

 

그리고 이러한 원자의 움직임은 운동에너지량으로 계산될 수 있는데 식은 다음과 같다.

 

1/2mc2=3/2kT

 

m은 원자의 질량 c는 평균속도를 k는 볼츠만 상수, T는 온도를 이야기한다.

 

이렇게 에너지를 가진 입자는 닫힌계에서도 계속 운동하며 이 에너지를 가지고 운동한다. 그렇게 주변으로 이동하다가 반드시 벽에 부딪히게되는데 이는 에너지의 전달로 일어나고 이 에너지의 전달은 일정한 공간에서의 힘으로 계산되어 우리가 익히 아는 Pressure, 압력으로 나타나는것이다.

 

여기서 만약 닫힌계에 한개 이상의 가스가 존재할경우 복잡한 식을 통하여 상호작용하는 식이 아니라 단일 가스의 압력을 각각 더한것이 닫힌계의 총 압력이 된다. 이것을 일명 분압(partial pressure)이라 말한다.

 

이러한 압력을 읽는 방법에는 여러가지가 있는데 일반적인 플라즈마 환경에서는 torr나 mtorr(1/1000torr) 를 사용한다. 그리고 수은을 이용하여 만든 Hg를 사용하기도 하고 u(micron)을 사용하기도한다.-여기서u하고는 모양이 조금 다르다.

 

1표준대기압=760mm Hg=760torr

1mtorr=1X10-3mm Hg=1um Hg=1u 

 

등으로 표현이 가능하다. 물론 Pa(파스칼)이나 N/m2을 사용하는 경우도 있지만 우리가 실제로 사용할건 아니고 (물론 논문이나 외국과학서에서는 표현이 있는경우가 많다-대학원생은 알아두면 좋겠다) torr를 사용하기 때문에 그냥 보이면 인터넷에 찾아보면 다 역산이 가능하다. 어차피 남겨봐야 잊어버릴테니 꼭 검색해서 다시 찾아보자.

 

그리고 다시 여기서 압력을 계산하는 식은 일명 아보가드로 법칙에 의해

 

p=1N/3V*mc2이다 

 

N은 총 원자의 숫자이며 V는 그 원자를 담고있는 계의 부피를 의미한다. 그리고 자꾸 닫힌계, 무슨 계 하는데 계는 단순히 그냥 공간이라고 생각하면된다. 닫힌계는 그야말로 꽉막힌 상자를 의미하면 되고 열린계는 그냥 벽이없이 무한히 큰 영역을 상상하면 된다.

 

오늘의 공부는 여기까지 틀린점이 있을수도 있고 궁금한점이 있으시다면 댓글 남겨주시기를 수정하고 모르는것은 알아봐서 공유하도록 하겠습니다.