2023년 2학기 실내공기오염관리 중간시험과제물 공통(이상기체방정식, 대기의 권역)

목차

1. ‘이상 기체 방정식’의 의미를 설명하고 관련 연습 문제 한 개를 만든 후, 정답과 해설을 작성하시오.
2. 온도와 압력이 인 실내 공간에 존재하는 의 질량이 이다. 실내 공간의 부피가 이고 의 농도 분포가 일정할 때, 실내 공간에 존재하는 의 단위 농도를 구하는 과정에 대해 자세히 기술하시오.
3. 가스상 실내 공기 오염 물질 중 3가지를 선택하여 나열하고, 각각의 특징에 대하여 간단히 설명하시오.
4. 고도에 따른 대기의 권역을 구분하고, 각 권역의 특징을 간략히 기술하시오.


- 목 차 -

1. ‘이상 기체 방정식’의 의미를 설명하고 관련 연습 문제 한 개를 만든 후, 정답과 해설을 작성하시오.

2. 온도와 압력이 인 실내 공간에 존재하는 의 질량이 이다. 실내 공간의 부피가 이고 의 농도 분포가 일정할 때, 실내 공간에 존재하는 의 단위 농도를 구하는 과정에 대해 자세히 기술하시오.

3. 가스상 실내 공기 오염 물질 중 3가지를 선택하여 나열하고, 각각의 특징에 대하여 간단히 설명하시오.

4. 고도에 따른 대기의 권역을 구분하고, 각 권역의 특징을 간략히 기술하시오.

참고문헌


** 함께 제공되는 참고자료 한글파일 **
1. 가스상 실내 공기 오염 물질, 각각의 특징.hwp
2. 가스상 실내 공기 오염 물질, 각각의 특징2.hwp
3. 대기권의 구분.hwp
4. 이상 기체 방정식 설명, 연습문제.hwp
5. 이상 기체 방정식을 이용한 연습문제.hwp
6. 이상 기체 방정식이란.hwp

본문내용

1. ‘이상 기체 방정식’의 의미를 설명하고 관련 연습 문제 한 개를 만든 후, 정답과 해설을 작성하시오.

1) 이상 기체 방정식
기체에서 압력(P), 온도(T), 부피(V)와의 관계는 다음과 같은 이상기체 상태방정식으로 나타내어진다 양원호, 실내공기질 및 위해성관리, 집문당, 2008.
박지호, 실내공기오염관리 강의, 한국방송통신대학교, 2021.
.
PV=n R T
여기에서, n은 기체의 mole 수를 나타내고, R는 기체상수를 나타낸다. 이는 기체의 부피(V)는 압력(P) 증가에 따라 감소하고, 온도(T) 증가에 따라 증가한다. 기체가 표준상태인 0℃, 1atm에 있다고 가정을 하면, 이 조건 하에서 1mole의 부피는 22.4L가 되므로, R는 0.08206Lㆍatm/molㆍK라는 값을 갖게 된다. 이 기체상수는 단위에 따라 여러 값을 갖게 된다.
이 이상기체 상태방정식을 변형하여 나타내면 아래와 같이 질량(m)과 분자량(M)으로 나타낼 수 있다.
PV=(m / M) R T
기체의 밀도(®=m/V)를 이용하여 나타내면,
PM= ρRT 또는 P= PM / RT
가 되고, 기체밀도 계산에 응용될 수 있다.

2) 연습 문제
0℃, 1기압에서 부피가 273mL인 기체가 있다. 압력을 일정하게 유지하며 온도를 27 ℃로 높일 때 이 기체의 부피는 얼마인가?

[풀이]
샤를의 법칙은 기체의 부피와 온도 사이의 관계로, 기체의 부피가 온도에 비례하는 성질을 나타내는 법칙이다. 샤를의 법칙에 따라 일정 압력에서 기체의 부피는 기체의 절대 온도에 비례한다.
․ 기체의 부피 ∝ 기체의 온도

이에 대압하여 풀면,
VtV0V0
273 mL273 mL300 mL이다.

2. 온도와 압력이 인 실내 공간에 존재하는 의 질량이 이다. 실내 공간의 부피가 이고 의 농도 분포가 일정할 때, 실내 공간에 존재하는 의 단위 농도를 구하는 과정에 대해 자세히 기술하시오.

ppm은 part per million, 즉 10x-6을 의미하는 것으로 100만 개의 혼합기체 분자 중에 1개 분자의 오염물질이 존재하는 것을 가리킨다. 이 단위가 쓰이는 기준으로 질량, 부피, 분자 수, 탄소원자수 등을 들 수 있다.
단위농도는 어떠한 물질의 함량을 일정한 물리량에 대비하여 나타낸 농도를 말한다. 공기 중 오염물질의 농도는 일반적으로 무단위 농도인 ppm 또는 단위 농도인 질량농도(mg/m3, ㎍/m3, ng/m3...) 로 표시할 수 있다.

첫째, CO2의 질량을 그램에서 모든 기체의 질량으로 변환한다. CO2의 분자량은 44g/mol이다.
CO2의 질량 (g) = 32g
CO2의 분자량 (g/mol) = 44g/mol
CO2의 질량 (mol) = CO2의 질량 (g) / CO2의 분자량 (g/mol)
= 32g / 44g/mol = 0.727 mol

둘째, CO2의 질량을 부피로 변환하는데, 이상 기체 법칙은 PV = nRT로 표현한다. 여기서 P는 압력, V는 부피, n은 몰 수, R은 기체 상수, T는 온도이다.
P = 1 atm, V = 45 m3, n = 0.727 mol, R = 0.0821 L·atm/(mol·K)
T = 25℃ = 298K
PV = nRT
1 atm * 45 m3 = 0.727 mol * 0.0821 L·atm/(mol·K) * 298K
45 m3 = 17.9 L
따라서 CO2의 부피(L)는 17.9 L이 된다.

셋째, ​CO2의 농도를 PPM으로 변환한다.
CO2의 농도 (PPM) = (CO2의 질량 (mol) / CO2의 부피 (L)) * 106
= (0.727 mol / 17.9 L) * 106 = 40,613 PPM
따라서, CO2의 농도는 40,613 PPM이 된다.


3. 가스상 실내 공기 오염 물질 중 3가지를 선택하여 나열하고, 각각의 특징에 대하여 간단히 설명하시오.

1) 일산화탄소
일산화탄소(carbonmon oxide：CO)는 무색, 무미, 무취의 질식성 기체로 연료의 불완전연소 및 이산화탄소가 적열한 탄소와 접촉할 때 생겨난다. 일산화탄소는 자연적으로 산림의 화재, 화산폭발 및 해수 중에서 미생물의 작용으로 발생하기도 하지만, 인위적인 쓰레기 소각이나 차량의 급격한 증가로 인한 자동차 배출가스로 인한 오염이 증가되고 있다. CO 발생량의 약 70%는 운송 분야에서 발생하며, 거의 모두가 자동차에서 배출된다.


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