가스계소화약제 비체적 공식 - 아보가드로 법칙, 샤를의 법칙

가스계소화약제 비체적 공식 - 아보가드로 법칙, 샤를의 법칙

가스계소화약제 중 가장 어려운 부분이 아닐까 싶다. 결국 소방기술사에서 가스계소화약제를 배우는 가장 중요한 이유는 약제용기가 저장실에 몇 병이 들어가느냐이다. 그걸 알기 위해서는 방호구역에 어느정도의 가스계약제가 방사되어야 하는지, 가스계약제를 저장할 용기가 몇 개가 필요한지를 구해야 한다. 비체적이라는 단어를 우리가 자주 접하지 않아서 어렵게 생각하는 것 같다.

[소방기술사] 청정소화약제 조건, 종류

비체적, 샤를의 법칙

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비체적: 단위 질량당 부피, 비체적이 크면 같은 질량인데 부피가 더 큰 것이다.

비체적이라고 특별하게 생각할 것 없다. 비체적의 단위는 ㎥/kg이다. 부피 ÷ 질량이다. 저장된 약제의 질량이 방사되면 어느정도의 부피를 갖게 되는지 알려주는 값이 비체적이다. 방사할 약제량[kg]은 질량이다. 질량은 외부에서 유입외거나 누출되지 않는 한 변하지 않는다. 그러면 사실상 분모에 있는 kg는 없다고 생각하면 된다. 그러면 ㎥만 보자. ㎥은 부피이다. 부피는 온도에 비례한다. 온도가 높아지면 부피는 커진다. 온도가 낮아지면 부피는 작아진다. 그것을 법칙으로 만든 것이 샤를의 법칙이다.

그러면 간단하게 샤를의 법칙을 생각하면 된다. 부피가 온도에 비례하니, 비체적도 온도에 비례한다. 그래서 위 형태의 1차 함수 그래프가 나온다. 비체적은 온도에 비례한다. 이를 함수 형태로 나타내면 $S = k_1 + k_2T$ 이다.

 

아보가드로 법칙

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우리의 목표는 약제 저장실의 온도에 해당하는 약제의 비체적을 구하는 것이다. 그럼 위 그래프의 기울기와 y절편을 알면 비체적을 쉽게 계산할 수 있다. 여기서 $k_1$은 어떻게 알 수 있을까? 여기서 아보가드로 법칙을 활용하면 된다.

 

아보가드로 법칙: STP(표준상태)에서 모든 기체 1mol은 22.4L의 부피를 갖는다.

아보가드로 법칙을 숫자로 간단하게 표현하면 22.4L/mol이다. 비체적의 단위는㎥/kg이다. 22.4L/mol을 22.4㎥/kmol이라고도 쓸 수 있다. ㎥/kmol을 어떻게하면 ㎥/kg로 만들 수 있을까? 바로 분자량으로 나눠주면 된다. 분자량의 단위는 kg/kmol이다. ㎥/kmol ÷ kg/kmol = ㎥/kg이 된다. 즉, 소화약제의 분자량을 알면 표준상태에서의 기체 비체적을 알 수 있다.

 

그럼 이제 기울기인 $k_2$만 알면 된다. 기울기는 더 간단하다. y절편 ÷ x절편을 하면 된다. 그러면 $k_2$ = $\frac{k_1}{273}$이 된다.

결론

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비체적 공식
$S = k_1 + k_2T$
$k_1$ = 22.4L ÷ 분자량	$k_2$ = $\frac{k_1}{273}$

할로겐화합물 청정소화약제 약제량 공식	$W = \frac{V}{S}\cdot \frac{C}{100-C}$[kg]
불활성가스 청정소화약제 약제량 공식	$x = 2.303\cdot \frac{S_o}{S}\cdot log\left ( \frac{100}{100-C} \right )\cdot V$ [㎥]

비체적을 바탕으로 할론계열 소화약제, 불활성기체 소화약제 산출 공식에 대입하여 계산하면 된다. 그러면 약제량을 구할 수 있게 된다. 가스계소화약제 비체적은 이론, 계산문제 둘 다 써먹을 수 있는 중요한 공식, 개념이다. 가스계 문제가 나오면 활용할 수 있는 부분이므로 꼭 정리해두길 바란다.