단열팽창

요약 외부와 열교환 없이 물체의 부피가 늘어나는 현상으로 부피를 늘리는 데 필요한 열을 내부에너지로부터 얻기 때문에 물체의 온도는 내려가게 된다. 실생활에서는 구름이 생성되는 원리와 관련이 있다.

단열팽창과 단열압축은 모두 물체가 열출입 없이 팽창하거나 압축할 때 나타나는 현상으로 단열팽창시 갑자기 부피가 커지는데, 자체 에너지가 소모되므로 온도가 내려 가고, 단열압축은 그 반대로 온도가 올라간다.

예를 들면, 지면의 공기가 따뜻해지면 밀도가 작아져서 위로 상승한다. 상승할수록 기압이 낮아지므로 공기가 팽창한다. 팽창을 할 때 주위로부터 열을 받을 수 있다면 온도변화가 없지만 열을 받을 수 없으면 팽창하면서 밖으로 해준 일만큼 공기에서 에너지가 없어지므로 온도가 내려간다. 급하게 공기가 상승하는 저기압의 경우에는 이 효과가 더 두드러져 공기의 온도가 이슬점 이하로 떨어진다. 그러면 공기 중에 포함하고 있던 수증기가 물로 바뀌면서 구름을 생성하는 원인이 되는 것이다.

헬륨 등 가스를 액화하는 데는 가스의 단열팽창과 자유팽창을 이용한다. 윌슨의 안개상자는 수증기를 함유한 공기를 단열팽창시켜 과포화상태로 만든 것을 이용한 것이다.