공기가 없는 곳에서도 날씨의 변화가 생기나요?
공기가 없는 곳에서도 날씨의 변화가 생기나요?
영화 인터스텔라 보면 다른 행성에서 날씨의 변화가 있던데요...혹시 그곳엔 공기가 있어서 그런건가요?
안녕하세요. 김민규 과학전문가입니다.
날씨에 형상을 주는 것은 대기입니다.
즉, 대기와 공기는 같은 맥락이므로 공기가 없다면 날씨의 변화가 없을 것 입니다.
안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.공기가 없는 곳에서는 우리가 흔히 말하는 "날씨"와는 다른 현상이 관찰됩니다. 우리가 지구에서 경험하는 날씨 변화는 대기의 상태와 운동에 의해 결정됩니다. 하지만 우주 공간이나 다른 천체의 표면 등에는 대기가 없거나 매우 희소한 대기가 존재하기 때문에 지구의 날씨 변화와는 다른 현상들이 나타납니다.
안녕하세요. 김태경 과학전문가입니다.
날씨의 변화는 기압차와 공기의 이동 그리고 수증기가 있어 생기는 것인데요
공기가 없다면 날씨도 없을 것입니다
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.
4단원 물의 순환과 날씨 변화
물의 순환
가. 물의 순환
1. 물의 순환
(1) 지구상의 물은 지표와 대기 사이를 끊임없이 순환하고 있다.
(2) 물의 순환에 의해 지구상에서는 구름, 비, 눈 등의 기상 현상이 일어난다.
(3) 물은 순환하면서 계속 이동하지만, 지구 전체로 보면 증발량과 강수량이 같아서 육지나 바다 또는 대기에 있는 물의 양은 일정하게 유지된다.
2. 물을 순환시키는 에너지 : 물의 순환을 일으키는 에너지의 근원은 태양 복사 에너지이다.
3. 물의 순환 과정
육지나 바다의 물 ------> 수증기 ------> 구름의 형성 ------> 비나 눈
증발 응결
나. 증발과 응결
1. 물의 증발
(1) 물의 증발 : 물이 수증기로 변하여 공기 중으로 날아가는 현상
빨래가 마르는 현상, 끓는 물에서 나온 김이 사라지는 현상 등
(2) 증발이 잘 일어날 조건 : 증발은 기온이 높을수록, 바람이 강하게 불수록, 습도가 낮을수록 활발하게 일어난다.
2. 포화 상태 : 공기가 최대한의 수증기를 포함하고 있는 상태로, 이 때에는 수면을 경계로 공기 중으로 나가는 물 분자의 수와 물 속으로 들어가는 물 분자의 수가 같다.
3. 포화 수증기량
(1) 포화 수증기량 : 포화 상태의 공기 1m3 속에 들어 있는 수증기의 양(g)
(2) 온도와 포화 수증기량 : 온도가 높아짐에 따라 포화 수증기량도 증가한다.
4. 응결
(1) 응결 : 공기 중의 수증기가 냉각되어 물방울로 바뀌는 현상
풀잎에 이슬이 맺힌다., 높은 하늘에 구름이 생긴다. 등
(2) 공기의 냉각과 응결 : 불포화 상태의 공기를 냉각시키면 포화 상태가 되고, 수증기의 응결이 일어난다.
(3) 생활 속 응결 현상의 예
① 추운 날 실내로 들어오면 안경이 뿌옇게 흐려진다.
② 목욕을 할 때 목욕탕 안이 뿌옇게 흐려진다.
③ 풀잎에 이슬이 맺힌다.
④ 찬 음료수가 든 병의 표면에 물방울이 맺힌다.
⑤ 비 오는 날 자도차의 유리창이 뿌옇게 흐려진다.
5. 이슬점
(1) 이슬점 : 공기가 냉각되어 수증기의 응결이 시작되는 온도이며, 포화 상태에 도달했을 때의 온도
(2) 이슬점과 수증기량 : 이슬점은 공기 중의 수증기량에 의해 달라진다. 즉, 공기 중에 포함된 수증기의 양이 많을 때는 이슬점이 높고, 적을 때는 이슬점이 낮다.
다. 습도와 습도계
1. 습도(상대 습도) : 공기의 습하고 건조한 정도이다.
상대 습도(%) = ×100
2. 습도계
(1) 건습구 습도계 : 건구 온도계와 습구 온도계를 사용하여 습도를 측정하는 현상으로, 물의 증발 현상을 이용한 것이다.
∙습도표 읽는 법 : 건습구 습도계로 측정한 습구 온도와, 건구와 습구의 온도차가 만나는 곳의 숫자가 습도이다. → 건구 온도가 20℃이고, 습구 온도가 18℃라면 건구와 습구의 온도차는 2℃이다 따라서, 습도표에서 습도는 83%이다.
(2) 모발 습도계 : 습도에 따라 머리카락의 길이가 달라지는 성질을 이용한 습도계이다.
(3) 자기 습도계 : 시간에 따른 연속적인 습도 변화를 측정할 수 있도록 만든 습도계이다.
(4) 디지털 습도계 : 습도를 감지하는 특수 반도체를 이용하여 습도를 측정하는 습도계로, 비교적 정확한 습도를 측정할 수 있다.
3. 습도의 변화
(1) 기온과 습도의 관계 : 맑은 날에는 기온의 일변화와 습도의 일변화가 반대로 나타난다. 이것은 맑은 날은 현재의 수증기량이 거의 일정하므로 기온이 높아지면 포화 수증기량이 증가하면서 습도가 낮아지기 때문이다.
(2) 이슬점과 습도의 관계 : 이슬점은 공기 중에 포함되어 있는 수증기량이 많은 날에는 높고 수증기량이 적은 날에는 낮다. 따라서, 온도가 일정할 때 이슬점이 높을수록 습도도 높게 나타난다.
라, 구름과 안개
1. 구름
(1) 구름의 생성 과정 : 공기의 상승 및 팽창 → 공기의 냉각 → 수증기의 응결 → 구름의 생성
공기의 상승과 팽창
(2) 구름이 생성되는 경우
① 공기가 산의 경사면을 따라 상승할 때
② 따뜻한 공기가 찬 공기를 타고 오를 때
③ 주변에서 공기가 모여들면서 상승할 때
④ 일부 지역이 가열되면서 가벼워진 공기가 상승할 때
(3) 응결핵 : 소금 알갱이, 먼지 등과 같이 응결을 도와주는 작은 물질로, 응결핵이 많을수록 구름은 잘 만들어진다.
2. 이슬․안개․서리
(1) 이슬 : 밤 동안에 공기가 냉각되어 기온이 내려가면 수증기가 풀잎 등의 표면에 닿아 응결하여 물방울로 맺혀 있는 것이다.
(2) 안개 : 수증기를 많이 포함한 지표 부근의 공기가 냉각되면 수증기가 응결하여 작은 물방울들이 많이 생기는데, 이것이 지표 부근에 떠 있는 것이다.
(3) 서리 : 기온이 0℃ 이하일 때, 공기 중의 수증기가 물체의 표면에 직접 얼어붙어 생긴 것이다.
3. 구름의 분류
(1) 구름이 생성되는 경우
(1) 모양에 따른 분류
① 적운형 : 상승 기류가 강할 때 생성되며, 위로 솟는 모양의 구름
② 층운형 : 상승 기류가 약할 때 생성되며, 옆으로 퍼져 나가는 모양의 구름
(2) 높이에 따른 분류
① 상층운(6～12km) : 권운, 권적운, 권층운이 있다.
② 중층운(2～6km) : 고적운, 고층운, 난층운이 있다.
③ 하층운(지표 부근～2km) : 층적운, 층운이 있다.
④ 수직으로 발달된 구름(지표 부근～권운의 높이) : 적운, 적란운이 있다.
마. 눈과 비
1. 눈과 비가 만들어지는 과정
(1) 온대나 한대 지방(빙정설) : 중간층에는 얼음 알갱이(빙정)와 작은 물방울이 섞여 있다. 이곳에서 얼음 알갱이 주위에 수증기가 달라붙어 커지면서 눈이 되고, 눈이 무거워지면 지표로 떨어지다가 따뜻한 공기층을 지나면서 녹으면 비가 된다.
비와 눈의 생성 과정
(2) 열대지방(병합설) : 작은 물방울들이 서로 충돌하여 큰 물방울이 되면 떨어져 비가된다.
2. 눈의 결정 모양 : 눈의 결정 모양은 기온과 공기 중의 수증기량에 따라 달라지는데, 특히 기온에 따라 다양한 결정이 형성된다.
날씨의 변화
가. 바람
1. 기압
(1) 기압 : 지표면 위에 쌓인 공기 기둥의 무게에 의한 압력으로, 모든 방향으로 작용한다.
① 기압을 느끼지 못하는 까닭 : 우리 몸은 사방으로부터 기압을 받고 있지만 몸의 안쪽에서도 기압과 같은 크기의 힘이 바깥쪽으로 작용하고 있기 때문이다.
② 기압의 증거
∙우유팩 속의 공기를 빼내면 우유팩이 찌그런지다. 빨대로 음료수를 마신다.
(2) 기압의 측정(토리첼리의 실험) : 수은이 담긴 그릇에 한쪽 끝이 막힌 길이 1m 정도 되는 유리관에 수은을 가득 채우고 거꾸로 세웠더니, 유리관의 수은은 수은면으로부터 약 76cm가 되는 높이에서 멈추었다. → 수은 기둥 그릇의 수은면에 작용하는 기압과 유리관 속의 수은 기둥이 누르는 압력이 같아졌기 때문
(3) 기압의 크기
① 기압의 단위 : hPa(헥토 파스칼)
② 1기압 = 76cmHg = 760mmHg = 1013hPa = 약 10m 높이의 물기둥의 압력
(4) 기압계의 종류
① 수은 기압계 : 대기의 압력에 따른 수은 기둥의 높이 변화로 기압을 측정한다.
② 아네로이드 기압계 : 진공으로 된 금속통이 기압에 의해 압축 또는 팽창되는 원리를 이용한 것으로, 휴대할 수 있고 사용법이 간편하다.
③ 자기 기압계 : 회전하는 원통이 달려 있어 시간에 따른 연속적인 기압 변화를 측정할 수 있다.
※ 기압의 변화와 측정 : 기압은 시간, 장소에 따라 달라지며, 수은 기압계, 아네로이드 기압계, 자기 기압계 등으로 측정한다.
2. 바람
(1) 바람 : 공기는 기압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는데, 이것이 바람이다.
(2) 등압선 : 기압이 같은 지점을 연결한 선으로, 기압 분포를 알 수 있다.
① 1000hPa을 기준으로 4hPa 간격으로 그린다.
② 등압선 간격이 좁을수록 바람이 세게 분다.
③ 바람은 지구 자전의 영향으로 등압선에 비스듬하게 분다.
(3) 바람의 표시
① 풍향 : 바람이 불어오는 방향으로, 보통 16방위로 나타낸다.
② 풍속 : 바람의 세기로, 보통 m/s로 나타낸다.
3. 해륙풍과 계절풍
(1) 해륙풍 : 해안 지방에서 하루를 주기로 풍향이 바뀌는 바람
(2) 계절풍 : 대륙과 해양의 경계 지역에서 1년을 주기로 부는 바람
4. 고기압과 저기압에서의 바람
(1) 고기압 : 상공에서 지표로 향하는 하강 기류가 발달하며, 주위보다 기압이 높기 때문에 북반구에서는 바람이 시계 방향으로 불어 나간다.
(2) 저기압 : 지표에서 상공으로 향하는 상승 기류가 발달하며, 주위보다 기압이 낮기 때문에 북반구에서는 바람이 반시계 방향으로 불어 들어온다.
구분
공기의 이동
발달 기류
날씨
고기압
중심 부근에서 시계 방향으로 불어 나감
하강 기류
구름이 소멸되어 맑음
저기압
중심 부근에서 반시계 방향으로 불어 들어옴
상승 기류
구름이 생성되어 흐리거나 비가 옴
다. 기단과 전선
1. 기단 : 기온, 습도 등의 성질이 비슷한 거대한 공기 덩어리이다.
(1) 기단의 성질 : 기단은 발생 장소에 따라 그 성질이 다르다. 일반적으로 대륙에서 생긴 기단은 건조하고, 해양에서 생긴 기단은 습하다. 또, 저위도에서 생긴 기단은 따뜻하고, 고위도에서 생긴 기단은 차다.
(2) 우리 나라에 영향을 미치는 기단
종류
계절
성질
시베리아 기단
겨울
한랭 건조
오호츠크 해 기단
초여름
한랭 다습
양쯔 강 기단
봄, 가을
온난 건조
북태평양 기단
여름
고온 다습
2. 전선
① 전선면과 전선 : 성질이 다른 두 기단이 만나서 이루는 경계면을 전선면, 이 면이 지표면과
만나서 이루는 경계선을 전선이라고 한다.
② 전선의 종류
㉠ 한랭 전선 : 찬 공기가 더운 공기를 파고들어 위로 밀어 올리면서 이동하는 전선이다.
㉡ 온난 전선 : 더운 공기가 찬 공기를 타고 올라가면서 이동하는 전선이다.
㉢ 폐색 전선 : 온난 전선과 한랭 전선이 겹쳐진 전선이다.
㉣ 정체 전선 : 전선이 한 곳에 오랫동안 머물러 있는 전선이다.
2. 전선의 종류
1) 온난 전선
(1) 더운 공기가 찬 공기 쪽으로 이동하여 더운 공기가 찬 공기를 타고 상승하면서 생기는 전선
(2) 날씨 : 전선의 전면 넓은 지역에 지속적인 비나 눈이 내린다.
(3) 구름 : 층운형 구름
(4) 통과후 날씨 : 맑아지고 온도가 높아진다.
2) 한랭 전선
(1) 뜻 : 찬공기가 더운 공기 쪽으로 이동하여 더운공기를 밀어 올리면서 생기는 전선
(2) 날씨 : 좁은 구역에 소나기 등의 비가 내린다.
(3) 구름 : 적운형 구름
(4) 통과후 날씨 : 온도가 낮아지고 날씨가 흐려진다.
3) 정체 전선 : 차고 더운 두 기단이 접하고 있어도 세력이 거의 비슷하여 움직이지 않고 정체되어 있는 것을 정체 전선이라고 한다. 장마 전선은 정체 전선의 하나이다.
3) 폐색 전선
(1) 뜻 : 한랭 전선이 온난 전선에 겹쳐저서 생기는 전선
(2) 날씨 : 온난 전선과 한랭 전선에서 동시에 비나 눈이 내린다.
(3) 통과 후 날씨 : 전선이 폐색된 후 전선이 없어지므로 날씨는 다시 맑아진다.
라. 날씨
1. 고기압과 저기압에서의 날씨
구분
공기의 이동
발달 기류
날씨
고기압
중심 부근에서 시계 방향으로 불어 나감
하강 기류
구름이 소멸되어 맑음
저기압
중심 부근에서 반시계 방향으로 불어 들어옴
상승 기류
구름이 생성되어 흐리거나 비가 옴
2. 온대 저기압에서의 날씨 : 온대 지방에서 찬 공기와 더운 공기가 만나 발생된 저기압으로 전선을 동반하므로 전선이 통과하면서 날씨 변화가 심하다. 편서풍을 따라 서쪽에서 동쪽으로 이동한다.
㉠ A 지역 : 한랭 전선 통과, 기온 하강 ㉡ B 지역 : 적운형 구름, 소나기
㉢ C 지역 : 온난 전선 통과, 기온 상승 ㉣ D 지역 : 층운형 구름, 장시간 비
마. 일기도
1. 일기도 : 여러 가지 기상 요소를 정해진 숫자나 기호를 사용하여 지도 위에 기입한 후, 등압선을 그리고 고기압, 저기압, 전선 등을 나타낸 지도이다.
일기도에 사용되는 기호
2. 일기 예보
(1) 일기 예보의 과정
기상 요소의 관측 → 자료 수집 → 일기도 작성 → 예상 일기도 작성→ 일기 예보
(2) 일기 예보의 종류 : 일일 예보, 주간 예보, 장기 예보, 기상 특보 등
∙기상특보 : 태풍, 홍수, 안개, 해일 등으로 큰 재해가 예상될 때 발령되는 주의보나 경보와 같은 예보이다.
바. 우리나라의 날씨
1. 봄철의 날씨
(1) 중국 대륙에서 발달하는 양쯔 강 기단의 영향으로 건조한 날씨가 계속된다.
(2) 이동성 고기압과 저기압이 발달하여 날씨 변화가 심하다.
(3) 황사 현상, 꽃샘 추위 등이 나타난다.
2. 여름철의 날씨
(1) 초여름에는 오호츠크 해 기단과 북태평양 기단의 영향으로 장마 전선이 형성된다.
(2) 남고 북저형의 기압 배치를 보이며, 열대야, 태풍 등의 영향을 받는다.
여름철 일기도의 예
3. 가을철의 날씨
(1) 양쯔 강 기단의 영향으로 건조한 날씨가 나타난다.
(2) 이동성 고기압과 저기압의 영향으로 날씨 변화가 심하다.
(3) 맑고 푸른 하늘을 볼 수 있으며, 첫서리가 내린다.
4. 겨울철의 날씨
(1) 차고 건조한 시베리아 기단의 영향을 받아 북서풍이 분다.
(2) 서고 동저형의 기압 배치, 한파, 삼한 사온, 폭설 등이 나타난다.
단원6. 전류의 작용
( 1 ) 전열기에서 열이 발생하는 까닭은
1. 전기기구
1) 생활 속의 전기에너지
① 선풍기, 세탁기, TV, 전등, 진공청소기 등의 생활 가전제품
② 지하철, 의료장비, 공장의 기계, 엘리베이터 등의 산업 분야
2) 전기에너지의 전환
① 전기에너지 → 열에너지 : 전기밥솥, 전기다리미, 전기담요, 커피포트 등
② 전기에너지 → 빛에너지 : 백열전구, 형광등, 네온싸인, 레이저 등
③ 전기에너지 → 소리에너지 : 스피커, 전자피아노, 전자기타, 라디오 등
④ 전기에너지 → 운동에너지 : 세탁기, 믹서, 선풍기, 엘리베이터 등
3) 미래의 전기에너지의 이용
① 전기자동차
② 소형전자 캡슐
2. 발열량
1) 전류가 흐르는 도선에서 발생하는 열량
① 니크롬선과 같은 도체에 전류가 흐를 때, 전자와 원자의 충돌에 의해 열이 발생한다
② 전류가 흐를 때 발생하는 열량은 전류가 흐른 시간, 전류의 세기 및 전압에 따라 달라진다.
③ 발열량의 측정 : 물의 온도변화를 이용해 측정 (물이 얻은 열량(Q) ∝ 물의질량 × 온도변화)
2) 발열량과 시간 및 전압, 전류 관계
① 시간과 발열량 : 전류와 전압이 일정할 때 저항에서 발생하는 열량은 전류가 흐른 시간에 비례한다. (발열량 ∝ 시간)
② 전압 × 전류와 발열량 : 전압 × 전류의 값이 클수록 저항에서 발생하는 열량은 커진다.
(발열량 ∝ 전압 × 전류)
※ 발열량 ∝ 전압 × 전류 × 시간
3) 저항의 연결과 발열량
① 저항의 직렬연결과 발열량
가) 직렬연결시 각 저항에 걸리는 전류의 세기가 같다
나) 저항이 클수록 전압의 세기가 커진다
다) 저항의 크기에 비례하여 발열량이 커진다.(저항이 클수록 크다)
저항 5Ω 10Ω
전압 5×I 10×I
전류 같다(I) 같다(I)
전압×전류 5I2 10I2
발열량 1 : 2
② 저항의 병렬연결과 발열량
가) 병렬연결시 각 저항에 걸리는 전압의 세기가 같다
나) 저항이 작을수록 전류의 세기가 커진다
다) 저항의 크기에 반비례하여 발열량이 커진다.(저항이 작을수록 크다)
저항 5Ω 10Ω
전압 같다(V) 같다(V)
전류 V/5 10/V
전압×전류 V2/5 V2/10
발열량 2 : 1
(2) 전기 기구에서 소비하는 것은
1. 전기에너지 : 전류가 회로에 흐르면서 일을 할 수 있는 능력
1) 전기에너지 = 전압×전류×시간(V×I×t) = 시간×전압2/저항 (V2×t/R) = 시간×저항×전류2 (I2×R×t)
① 전기에너지 단위 : 줄(J)
② 1J : 1V의 전압이 걸린 도선에 1A의 전류가 1초 동안 흐를 때 공급되는 전기에너지
: 발열량은 공급된 전기에너지에 비례한다 발열량(cal) ∝ 전기에너지(J)
2) 전력
① 전력의 크기 : 1초 동안 공급되는 전기에너지
전력 = 전기에너지/시간 = 전압 × 전류 = 전압2/저항 = 저항 × 전류2
② 전력의 단위 : W(와트), kW(킬로와트)를 사용한다.
※ 1W : 1V의 전압으로 1A의 전류가 흐를 때의 전력.
3) 전력량 : 어느 기간 동안에 사용한 전기 에너지
① 전력량의 크기 : 전력량은 전력과 시간의 곱으로 나타내며 시간은 ‘시’를 사용한다.
: 전력량 = 전력 × 시간
② 전력량의 단위 : Wh(와트시)나 kWh(킬로와트시)를 사용한다.
※ 1Wh : 1W의 전력을 1시간 동안 사용했을 때의 전력량
1Wh = 1W × 1시간 = 1V × 1A × 3600초 = 3600J
③ 전력량 측정(적산전력계) - 가정 전체에서 사용한 전력량 측정
( 3 ) 전기의 안전장치는
1. 합선
1) 전체저항이 작아지면서 전류의 세기가 급격히 증가하는 현상
2) 합선시 발열량의 변화
합선전 합선후(필라멘트 드라이버)
전압 V V V
전류 V/100 V/100 V/2
(거의흐르지않음)
전압×전류 V2/100 V2/2
발열량 1 : 50
2. 퓨즈와 누전차단기 - 과다한 전류가 흐르면 회로를 차단하는 장치
1) 퓨즈
① 전류에 의해 발생하는 열로 회로를 끊어지게 하는 장치
② 납 + 주석, 아연 + 주석의 합금
③ 통형, 판형, 플러그 퓨즈
2) 누전차단기 : 과다한 전류가 자동으로 전류를 차단하는 장치
3. 전기에너지를 안전하게 사용하는 방법
1) 문어발식 전기코드 사용 안하기
2) 마른손으로 전기코드 다루기
3) 접지선 연결 잘 하기
4) 허용 전력량 범위에서 전열기구 사용하기
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
공기가 없는 곳에서는 날씨의 변화가 생기지 않습니다.
날씨의 변화는 지구 대기권에서 일어나는 현상으로, 공기가 없는 우주 공간에서는 대기권이 없으므로 날씨의 변화가 발생하지 않습니다.
또한, 지구 대기권에서 발생하는 대기의 움직임이나 기압 차이 등도 공기 분자들 사이의 충돌과 상호작용에 의해 일어나는 현상입니다. 따라서, 공기가 없는 곳에서는 이러한 현상이 일어나지 않기 때문에 날씨의 변화도 없습니다.
안녕하세요. 아하(Aha) 과학분야 답변자 배병제입니다.
아니요, 공기가 없는 곳에 날씨는 있을 수 없습니다. 날씨는 대기 중의 물질, 특히 수증기가 태양 에너지와 상호 작용하여 발생하기 때문입니다. 공기가 없으면 수증기가 없고, 수증기가 없으면 날씨라는 것이 존재할 수 없습니다.
저의 답변이 도움이 되셨길 바랍니다.
안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.
기상현상은 대부분 공기와 물의 상호작용으로 일어나는 현상입니다.
다만 다른행성에서는 이러한 공기와 물대신에 다른 성분의 물질이 기상현상을 일으킬 수도 있습니다.
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.
지구에 날씨가 존재하는 이유는 바로 대기 때문입니다. 지구 위에 어디든 공기가 있기 때문에 날씨가 존재하는 것이죠 따라서 대기가 없으면 당연히 날씨도 없습니다.
