[안현정 선생님의 과학은 껌이다] Part 16. 구름

안녕하세요. 과학 교육 전문가 안현정입니다.
여러분들은 하루에 몇 번이나 하늘을 바라보시나요? 이리저리 할 일들에 치여 어쩌면 한 번도 하늘을 보지 못 하는 하루가 많으실 것 같습니다. 이따금 고개를 들어 맑은 하늘과 새하얀 구름을 바라보며 피로를 풀어두는 시간을 가져보는 것은 어떨까요? 오늘 시간에는 푸른 하늘을 아름답게 장식하는 하얀 구름에 대하여 알아보겠습니다.

구름
[구름이란?]
: 공기 중의 수증기가 응결해 작은 물방울 형태로 하늘 높이 떠 있는 것을 말합니다.

[구름 발생 원리]
태양으로부터 빛을 받게 되면 지구의 지표면 가까이 있는 공기가 가열됩니다. 뜨거운 공기는 차가운 공기보다 가벼워 위로 상승하게 되는데 높이 올라갈수록 주변부의 기압이 낮아 공기의 부피가 증가하게 되는 단열 팽창이 일어나게 됩니다. 이 과정에서 기온이 낮아져 이슬점에 도달하게 되면 수증기가 응결하는 현상이 나타납니다. 이 응결된 수증기가 하늘 높은 곳에서 모여 있으면 구름이 됩니다.

* 공기의 상승하게되는 여러가지 원인
- 지표면의 공기가 가열되어 상승하는 경우(위의 구름발생원리 예시에 포함)
- 저기압 중심으로 공기가 모여들며 상승하는 경우
- 바람을 통해 이동하던 공기가 산을 만나 상승하는 경우
- 찬 공기가 더운 공기 밑쪽으로 파고들어 상승하게 되는경우
- 더운 공기가 찬 공기 위로 상승하게 되는 경우

구름 발생 원리 실험
1. 준비물
: 압축 펌프와 패트병이 연결된 간이 가압장치, 물, 액정 온도계

2. 실험 준비
(1) 간이 가압장치 내부에 물을 조금 담아 둔다.
: 물은 수증기를 공급해주는 역할을 한다.

(2) 간이 가압장치 내부에 액정 온도계를 넣어둔다.
: 액정 온도계는 온도에 따라 색이 달라져 온도를 확인할 수 있게 한다.

3. 실험
- 공기를 압축시킬 때
(1) 패트병 내부에 향연기를 넣어둔다.
: 실제로 구름이 만들어지기 위해서는 응결핵이 필요하다.
응결핵은 응결이 잘 일어나도록 도와주는 물질로 먼지, 해염입자 등이 있다.
향 연기는 실험에서 응결핵의 역할을 해준다.
(2) 간이 가압장치의 뚜껑을 닫고 압축 펌프를 누른다.
(3) 패트병 내부 기압이 증가하여 암축 펌프를 누르기 맑아진다.

- 공기를 팽창시킬 때
(1) 간이 가압장치의 뚜껑을 연다.
(2) 패트병 내부의 기압이 감소하면서 패트병 내부가 하얗게 흐려진다.

[실험 총 정리]
- 공기를 압축시킬 때
압축 펌프 누름 -> 단열 압축 -> 내부 기온 상승 - > 패트병 내부 맑아짐
-공기를 팽창시킬 때
간이가압장치 뚜껑 엶 -> 단열 팽창-> 내부기온 하강
-> 수증기가 이슬점에 도달하면서 응결하여 물방울을 만들어 패트병 내부가 흐려짐

안개
[안개란?]
앞서 말했듯이 구름이란 공기 중의 수증기가 먼지 등의 물질과 응결하여 미세한 물방울이 되어 떠있는 것을 뜻하는데요 안개 또한 구름과 사실상 같은 성분으로 이루어져있습니다. 다만 지표면과 닿아있는것을 안개, 지표면과 떨어져 있는 것을 구름이라고 구분하여 부르는 것입니다.

예를 들어 산중턱에 걸린 공기중의 수증기의 경우,
지표면에 있는 사람에게는 구름이 될 수 있지만
그 산에 올라가 있는 사람에게는 안개가 될 수 있는 것입니다.

스모그
[스모그란?]
smoke(연기)와 fog(안개)의 합성어로, 도시의 매연을 비롯하여 대기 속의 오염물질이 응결핵 역할로 작용하여 공기 중 수증기와 한데 엉켜 생긴 안개 모양의 기체를 말합니다. 스모그가 발생하면 사람의 눈이나 코와 같은 호흡기간에 해가 될 수 있으며 식물의 생장 또한 방해하며 동물의 호흡기를 약화시킵니다.

[구름과 스모그와 안개의 차이점?]
구름 : 수증기가 응결해 작은 물방울 형태로 하늘 높이 떠 있는 것
안개 : 수증기가 응결해 작은 물방울 형태로 지표면 가까이 떠 있는 것
스모그 : 수증기가 응결해 작은 물방울 형태로 지표면 가까이 떠서 오염물질이 섞여 만들어진 것.

출처= 이투스me 안현정 강사

동아닷컴 교육섹션 정민아기자 mina@donga.com