물의 증기압 계산기(앙투안 식)

온도(섭씨・화씨)를 입력하면 화학에서 널리 쓰이는 앙투안 식을 이용해 물의 증기압을 mmHg・kPa・atm・bar 네 단위로 계산합니다. 주변 기압을 바꾸면 고도에 따라 끓는점이 낮아지는 원리도 확인할 수 있습니다.

이용 팁

  • 이 도구가 사용하는 앙투안 식 계수는 0〜100℃ 범위에서만 유효하며, 범위를 벗어나면 결과가 표시되지 않습니다.
  • 주변 기압을 특정 고도에 맞게 바꾸면 그 장소에서 물이 몇 도에 끓는지 확인할 수 있습니다.
  • 압력솥은 내부 기압을 인위적으로 높여 끓는점을 100℃보다 높여 조리 시간을 단축하는 원리입니다.
  • 화씨(℉)로만 온도를 알고 있다면 단위 버튼만 전환하면 자동으로 섭씨로 환산되어 계산됩니다.
  • 끓음은 "액체의 증기압이 주변 기압과 같아졌을 때" 일어난다는 정의를 기억해 두면 이해가 쉬워집니다.

자주 묻는 질문

끓음은 액체의 증기압이 주변 기압과 같아질 때 일어납니다. 고도가 높아지면 대기압이 낮아지므로 물의 증기압이 더 낮은 온도에서 그 기압에 도달하게 되어 끓는점이 낮아집니다. 후지산 정상 부근에서는 물이 약 87℃ 정도에서 끓는 것으로 알려져 있습니다.

밀폐된 용기 안에서 액체와 그로부터 증발한 기체가 증발 속도와 응축 속도가 같아지는 평형 상태(기액평형)에 도달했을 때, 그 기체 쪽의 압력을 말합니다. 온도가 높을수록 분자 운동이 활발해지므로 증기압은 온도가 오를수록 급격히 증가합니다.

증기압과 온도의 관계를 log10(P) = A − B / (C + T)라는 간단한 식으로 근사하는 경험식입니다. 물질마다 정해지는 상수 A・B・C를 이용하면 더 복잡한 클라우지우스-클라페이론 식을 쓰지 않고도 실용적인 정확도로 증기압을 계산할 수 있습니다.

압력솥은 뚜껑을 밀폐해 내부 압력을 대기압보다 높게 유지합니다. 끓음은 증기압이 주변 압력과 같아져야 일어나므로, 주변 압력이 높을수록 더 높은 온도가 되어야 끓기 시작합니다. 이 덕분에 솥 안의 물은 100℃를 넘어도 끓지 않고, 음식에 더 높은 온도로 열을 전달할 수 있습니다.

이 도구가 사용하는 앙투안 식 계수는 물에 대해 0〜100℃ 범위에서 실험값과 잘 일치하도록 정해진 표준 값입니다. 그 범위를 벗어나면(영하의 온도나 100℃를 크게 웃도는 과열 수증기 영역 등) 단순한 외삽으로는 오차가 커지므로 이 도구는 의도적으로 결과를 표시하지 않습니다.
ツールくん

여담 ― "물은 100℃에서 끓는다"는 조건부 상식입니다

액체를 밀폐 용기에 넣어 두면 증발하는 분자 수와 응축하는 분자 수가 결국 균형을 이루어 기체와 액체가 공존하는 "기액평형" 상태에 도달합니다. 이때 기체 쪽의 압력이 바로 증기압입니다. 증기압은 물질마다 정해진 고정값이 아니라, 온도가 오를수록 분자 운동이 격렬해져 증발하기 쉬워지므로 온도에 따라 급격히 증가합니다. 19세기 프랑스의 기술자 루이 샤를 앙투안은 이 온도와 증기압의 관계를 간단한 경험식으로 근사할 수 있음을 보였고, 이후 앙투안 식은 화학공학 교과서에서 가장 널리 쓰이는 증기압 근사식 중 하나가 되었습니다.

끓음이라는 현상은 액체 내부에서 생긴 기포가 찌부러지지 않고 액면까지 올라올 수 있는 상태, 즉 액체의 증기압이 주변 압력과 같아졌을 때 일어납니다. 해수면 부근의 표준 대기압(약 101.325kPa) 아래에서는 물의 증기압이 이 값에 도달하는 온도가 정확히 100℃이기 때문에 우리는 "물은 100℃에서 끓는다"고 배웁니다. 하지만 이는 어디까지나 해수면 부근이라는 조건이 붙은 이야기일 뿐입니다.

고도가 올라갈수록 주변 대기압은 낮아집니다. 후지산 정상(해발 약 3776m) 부근에서는 기압이 평지의 약 60% 정도까지 낮아지므로, 물의 증기압이 그 낮은 기압에 도달하는 온도, 즉 끓는점도 80℃대까지 낮아집니다. 등산 중 지은 밥이 속까지 잘 익지 않는다고 하는 것은 이 때문입니다. 반대로 압력솥은 밀폐하여 내부 압력을 인위적으로 높임으로써 끓는점을 100℃보다 높여 짧은 시간에 재료 속까지 확실히 열을 전달할 수 있게 만든 조리 기구입니다.