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기체의 부피를 줄이면 압력이 올라가는 이유는 무엇인가요?

온도가 일정할 때 기체의 압력과 부피는 반비례한다고 배우는데, 분자 운동 관점에서 부피가 줄면 압력이 커지는 원리가 궁금합니다.

2개의 답변이 있어요!

  • 안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

    기체 압력은 수많은 분자가 용기 벽에 쉬지 않고 부딪히면서 생기는 힘을 벽 넓이로 나눈 값이에요. 분자 하나가 벽에 부딪혔다 튕겨 나올 때마다 벽을 조금씩 밀어내고, 1초 동안 이런 충돌이 수없이 쌓여 우리가 재는 압력이 돼요.

    온도가 일정하다는 건 분자들의 평균 운동 에너지가 그대로라는 뜻이에요. 분자들은 부피를 줄이기 전과 같은 평균 속력으로 날아다니고, 한 번 부딪힐 때 벽을 미는 세기도 변하지 않아요. 그런데 부피를 절반으로 줄이면 같은 수의 분자가 절반의 공간에 들어가니 단위 부피당 분자 수가 두 배가 되고, 벽 한 면에 1초 동안 부딪히는 분자도 두 배로 늘어요. 분자 하나만 놓고 봐도 맞은편 벽까지 거리가 짧아져 같은 벽으로 되돌아오는 시간이 줄고, 그만큼 더 자주 부딪혀요. 충돌 한 번의 세기는 같고 횟수만 두 배가 되니 압력도 두 배가 돼요.

    주사기 입구를 손가락으로 막고 피스톤을 밀면 안쪽 공기 분자들이 좁아진 공간에서 피스톤 면을 점점 더 자주 두드려요. 그래서 밀수록 손에 힘이 많이 들어가요 :)

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    채택된 답변
  • 안녕하세요. 신광현 전문가입니다.

    온도가 일정하면 분자 속도도 일정합니다. 부피를 줄이면 분자들이 더 좁은 공간에 몰려 벽에 더 자주 충돌하고, 그 결과 벽이 받는 압력이 커집니다.

    분자 수와 평균 속도는 그대로

    부피 감소 → 분자 밀도 증가, 벽까지 이동 거리 감소

    벽 충돌 횟수 증가 → 압력 증가

    그래서 [PV = 일정], 즉 압력과 부피는 반비례