에너지 증발과 물의 증기

증기

 

어떤 에너지가 증발을 촉진 시키는 것인지 알아보자.

우리는 배타 구역에 대해서 조금씩 알아 왔었다. 가열하거나 햇빛을 받으면 빠르게 물이 증발한다. 여기서 바로 떠오르는 에너지는 복사 에너지다. 복사 에너지가 소체의 배타 구역을 형성한다. 배타 구역은 소체 내부에 양성자를 방출한다. 소체 내부의 압력이 증가하면서 이 소체가 팽창한다. 이때 소체를 채우고 있던 물방울이 수증기로 변화한다. 수증기를 채운 소체가 증발하는 것이다.

왜 소체는 공기 중으로 증발하는 것일까? 수증기가 채워진 소체는 물을 가진 소체보다 밀도가 낮다. 그 때문에 증발할 것이다. 하지만 소체가 껍질을 가지고 있기 때문에 낮은 밀도가 전부는 아니다. 껍질은 높은 배타 구역 물질로 구성되어 있고, 일반적인 물보다 밀도가 높다.

소체가 위로 증발하려면 단순하게 밀도가 줄어들었다는 걸로는 안된다. 위로 향하는 추진력이 필요로 하다. 이것은 바로 전하다. 여기서 잠깐 이 부분에 대해 알아보고 넘어가자.

 

소체는 증발하면서 대기 중으로 높이 올라간다. 에어로졸 물방울이라고도 불리는 증발 소체는 응결되어 궁극적으로 구름이 된다. 물을 포함하고 있는 이 구름은 매우 무겁다. 대기과학자들이 이 무게를 킬로그램 대신보다 쉬운 단어를 사용하는 것을 알고 있는가? 바로 코끼리다. 커다란 적란운에 들어 있는 전체 에어로졸 물방울의 무게는 1,500만 코 키기 정도이다. 이렇게 많은 수의 코끼리가 구름 위에 떠 있는 것이다. 

코끼리라는 단어로 사용하니 확 와닿는다. 

 

거대한 양의 물은 떨어진다. 많은 비가 내리는 것이다. 구름 속의 소체는 아래로 내려오거나 둘 중 하나의 길을 걷는다. 위로 향하는 이 힘은 전하의 기초한 정전기력일 것이다. 소체는 음의 순 전하를 가진다. 음전하만으로 소체가 뜬다는 것을 확실하게 말할 수 없지만 음으로 대전 되어 있다.

지구가 가진 음전하가 반발력을 갖고 소체를 뜨게 한다. 이렇게 위로 향하는 힘이 증발을 가능하게 하는 것이다. 이 정전기적 상승에 의해 뜨는 현상은 폭포에서 관찰할 수 있다. 아래로 떨어지는 물은 물방울 안개를 만들고 구름을 형성한다. 이 구름은 폭포의 위까지 솟구쳐 오른다. 이런 폭포의 모습을 본 적이 있을 것이다.

하지만 물방울 소체가 높이 솟아오를 수 없기 때문에 여기서는 다른 한 가지의 힘이 필요하다. 바로 정전기적 반발력이다. 물방울이 음전하를 갖기 때문에 생긴 위로 향하는 힘은 코끼리 무게의 구름이 떠받치는 힘과 같다. 전하의 기초한 원리에 따라 하늘에 떠 있는 구름을 설명할 수 있다.

전하에 기초한 과정이 푸른 하늘의 구름 한 뙈기를 만드는 것이다. 이 과정은 쉽게 진행되지 않는다.

모자이크 격자의 불안정이 파괴되기 때문이다. 이 과정은 반복적으로 일어난다. 그래서 연기가 계속해서 솟아오를 수 있는 것이다. 커피잔에서 퍼지며 솟아오르는 연기를 생각해보자.

 

공기 중에서 사라지는 증기

커피잔에서 올라오는 증기는 공기 중에서 사라진다. 

중기 구름이 없어지는 이유는 두 가지가 있다. 결합하고 있던 소체가 분열하는 것이거나 소체 자체가 깨지는 것이다.

소체를 붙들고 있던 접착제 양성자가 공기 중으로 쉽게 분산되기 때문에 소체 복합체의 분열도 가능할 것이다. 소체의 원형을 유지한 채 흩어질 것이다. 개별 소체가 따로 존재하면 빛은 산란할 수 없기 때문이다. 또 분산되고 있는 소체 사이에서 산란한 빛은 우리의 감각 한계를 벗어난다. 하지만 습도가 높은 여름이면 달라진다. 소체의 농도가 높기 때문에 빛을 산란한다. 그것이 바로 안개다. 산란한 빛 때문에 먼 거리까지 보이지 않는다. 구름 사이로 보려는 격이다.

흩어진 소체가 쉽게 구름이 된다. 따듯한 물에서 볼 수 있다. 단순히 소체가 모이기만 하면 된다. 약간의 양전하가 있으면 충분하다. 어떤 연속성을 제공하는 역할을 소체가 도맡는다. 물에서 만들어진 소체는 결국 수증기가 된다. 

이들이 분산되어 구름을 만들다. 또 다른 것들과 합쳐져서 빗방울로 변하기도 한다. 이들의 역동성은 물 주기의 핵심 요소이며 모든 기후 현상에서도 중요하다.

 

소체가 공기 중에서 확산할 때 어떤 일이 생기는지 알아보자. 소체 일부는 최종적으로 구름이 된다. 다른 소체들은 공기 중에 떠돌아다닌다. 그러나 소체가 자유롭게 떠다닌다는 것은 현실적이지 못한 부분이 있다. 두 가지 이유 때문이다.

첫째, 공기 분자들도 서로 연결망을 형성하는 거 같다. 물론 하전 된 소체도 포함된다. 둘째, 하나의 소체는 대전 되어 있다. 불가피하게 이들은 인력에 굴복할 것이고 반대 전하를 찾아다니게 된다. 공기 중에는 반대 하전을 띤 물질이 많다.

 

소체가 확산하면 양성자도 같이 따라서 확산할 것이다. 처음에 이 양성자는 접착제로 생각되었다. 양전하는 전기적 음성인 공기 중의 산소, 질소를 연결할 수 있을 것이다. 맞는 거 같아 보이지만 양성자는 단지 분자 쌍을 만들 수 있을 뿐이다. 

방충망 결과에 따르면 공기 성분들은 광범위하게 연결되어 있어야 한다.

 

 

전문 서적을 참고하여 작성하였습니다.