■ 교사용 실험 자료실 ■

실험 제목	건습구 습도계			실험 원리	건습구습도계의 원리와 습도
실험 시간	30~40분	실험 분야	지구과학	실험 방법	개별실험
세트구성물	알코올 유리 온도계, 건습구 습도계 도안, 거즈, 빵끈, 물받이통, 투명 스티커, 양면 테이프
교사준비물	물			학생준비물	유성펜
실험 결과	건습구 습도계 4개가 완성됩니다.
실험팁	★ 알코올 온도계는 유리재질로 깨지기 쉬우므로 주의 지도 바랍니다. TIP 1. 온도계 꽂이 부분에 온도계를 꽂았다 뺐다 반복하면 구멍이 헐거워져 온도계가 쉽게 빠져나올 수도 있습니다. 이럴 때는 셀로판테이프를 이용하여 고정하시기 바랍니다. 온도계가 고정되지 않으면 떨어져 깨질 위험이 있습니다. TIP 2. 상대습도는 증발량에 따라 달라질 수 있으므로 교실의 여러 위치에서 습도를 측정해 보는 것도 흥미를 유발할 좋은 실험이 됩니다. TIP 3. 일주일 이상의 실험 기간을 두고 같은 시간, 같은 장소(집 등)의 습도를 측정하여 표와 그래프를 만들어 보는 실험도 좋습니다. TIP 4. 초등학교 5-2 [2. 날씨와 우리 생활], 중3 [2. 기권과 날씨]와 연계되는 실험입니다.

1. 손등에 물을 묻히면 마르면서 시원함을 느끼는데 그 이유는 무엇일까요?

물이 증발하면서 주변의 열을 가져가기 때문입니다.(기화열=흡열)

2. 증발이 잘될 조건은 무엇일까요?

바람이 잘 불 때, 온도가 높을 때, 공기 중 수증기가 적을 때(=습도가 낮을 때)

1. 습구온도계가 건구온도계보다 온도가 낮게 나타나는 이유는 무엇일까요?

-습구 온도계의 물이 증발하면서 열을 빼앗아가므로 온도가 낮게 나타납니다.

공기 중 수증기량이 적으면 더 많이 증발하므로 습구온도계의 온도는 더 낮게, 반대의 경우 높게 나타납니다.

2. 건습구습도계로 습도를 측정하는 원리를 정리하여봅시다.

-건구온도계는 현재기온을 나타내지만, 습구온도계는 물이 증발하여 눈금이 내려가게 됩니다. 따라서 건구온도와 습구의 온도 차이를 이용하여 현재 공기의 습도를 나타낼 수 있습니다. 즉 공기가 건조할수록 증발이 잘 일어나서 습구온도가 많이 내려가므로, 건구온도와 습구온도의 차이가 클수록 습도는 낮고, 반대의 경우는 습도가 높습니다.

3. ‘습도가 높은 날’을 공기 중의 수증기량과 연관지어 설명하여봅시다.

-‘습도가 높은 날’은 공기 중 수증기량이 많은 날 (공기 중 수증기양이 포화상태에 가까움)입니다.

관련 학자 정보

글레이셔 (James Glaisher : 1809 - 1903)

천문학자이자 기상학자인 제임스 글레이셔는 영국 런던에서 태어났다. 1833년까지 거의 독학으로 공부하다가 천문학자인 G. B. 에어리에 의해 발탁되어 케임브리지 천문대에 들어가 연구를 시작했다. 이후 1935년에는 그리니치 천문대로 옮겨갔으며 1940년에는 '지구자기와 기상' 부문의 책임자를 역임하면서 기상학 발전에 이바지하기 시작했다.

글레이셔가 기상학 분야에서 이룬 가장 큰 업적은 기상 연구의 기본이라고 할 수 있는 기상 관측 자료의 확립이라고 할 수 있다.

우선 그는 영국 전 지역에 기상 관측망을 설립하였으며, 각 관측 지점에서 얻은 기상 자료는 종관 일기도 작성을 가능케하여 이를 통해 지상의 일기 변화를 예측할 수 있게 하였다. 글레이셔는 이 관측망을 통해 영국 각지에서 온도, 습도, 압력 등의 기상요소를 얻었으며, 1949년에 <데일리 뉴스>지에 그 결과를 발표하기도 하였다.

그러나 지상 관측 자료만으로 그날의 날씨를 예보하는 데는 많은 어려움이 있으며 예보관들의 경험에 의지하므로 많은 오차가 있을 수밖에 없었다. 당시의 기상학자들은 고층의 기압패턴이 지상의 날씨에 지대한 영향을 미친다는 것을 알고 고층의 일기 정보를 통해 정확한 지상의 날씨를 예보하고자 1700년대부터 이용되어 왔던 기구를 적극적으로 이용하기 시작했다. 당시에는 기구에 사람이 직접 탑승하여 관측을 실시하였으므로 3-4 km 까지의 정보만을 얻을 수 있었다. 글레이셔 역시 1860년대에 여러 차례 기구를 띄우고 직접 타고 올라가 고층 관측을 실시하였는데 1862년 9월에는 그의 동료인 H. T. 콕스웰과 함께 자유기구를 타고 11 km 까지 올라가는 신기록을 수립하기도 했다. 비행 도중에 동상과 산소 부족에 의한 호흡 곤란 등으로 정신을 잃어 위험에 처하기도 했다.

그러나 그 후로도 1866년까지 위험을 무릅쓰고 수십 회에 이르는 고층 관측을 시도하였다. 1874년의 제 1회 만국 박람회에서는 관측한 자료를 이용하여 천기도를 작성하여 배부하기도 했다.

1847년에 출판한 저서 "건습계 사용을 위한 습도표"는 그 후로도 오랫동안 기상학의 참고문헌으로 사용되었다.

이와 같이 글레이셔는 체계적인 기상자료의 확립뿐 아니라 영국 기상학회의 창립에도 공헌하는 등 기상학 확립에 크게 이바지 했던 인물이다.

습도 [濕度, humidity]

공기 중에 수증기가 포함된 정도. 공기의 건습정도를 표현.

대부분 습도라고 하면 상대습도를 말한다. 대기 중 수증기량의 표현법으로 습도 이외에 혼합비(混合比), 수증기압, 비습(比濕), 이슬점온도 등을 사용한다. 습도와 가장 밀접한 관계에 있는 물리량은 수증기압이다.

혼합기체에서 한 성분만이 전체 부피를 차지했다고 가정했을 때의 압력을 부분압력이라 하며, 공기 중 수증기의 부분압력을 수증기압이라 한다. 일정 부피의 공기에 포함하는 최대 수증기량은 같은 온도에서는 항상 같다. 이렇게 주어진 온도에서 일정 부피의 공기에 포함될 수 있는 최대 수증기량을 포화수증기량이라 한다. 포화수증기량은 온도가 올라갈수록 높아진다. 습도에는 절대습도와 상대습도가 있다. 습도는 하루 중에 거의 규칙적으로 변화하며, 낮에는 낮고 밤이 되면 높아지는 경향이 있다. 수증기압이나 혼합비는 습도와 달리 큰 폭으로 변화하지 않는다. 습도의 변화는 주로 기온 변화에 의해 생기기 때문이다.

상대습도 [relative humidity , 相對濕度 ]

요약 현재 포함한 수증기량과 공기가 최대로 포함할 수 있는 수증기량(포화수증기량)의 비를 퍼센트(%)로 나타낸다.

포화수증기량은 온도에 따라서 변하기 때문에 공기가 포함한 수증기량이 일정하여도 상대습도는 온도에 따라 다른 값을 가진다.

예를 들어 일기예보에서 현재 습도가 100% 라고 한다면, 모든 공간이 물로 가득 차있다는 뜻이 아니라 현재 공기 중에 있는 수증기량이 현재 온도의 포화 수증기량과 같다는 뜻이다.

더운 공기가 찬 표면에 닿으면 공기의 온도가 내려간다. 온도가 내려가면서 상대습도가 100%에 도달하게 된다. 더이상 기체 상태로 존재할 수 없는 수증기가 응결되어 차가운 표면에 달라 붙는다. 이 현상을 '김이 서린다'라고 표현한다. 김이 서리는 현상은 여러 곳에서 볼 수 있다. 추운 겨울날 유리창 표면에 김이 서리게 된다. 이는 습기를 많이 포함한 방 안의 더운 공기가 차가운 유리창과 만나 온도가 떨어지면서 포화수증기량이 낮아지자, 수증기가 응결되어 일어나는 현상이다.

상대습도 산출

상대습도는 주어진 온도의 포화 수증기량에 대한 실제 수증기량의 비 또는 포화수증기압에 대한 실제 수증기압의 비를 백분율로 표시한 것이다. 일상생활에서 공기의 건습정도를 나타낼 때 사용하는 습도가 바로 상대습도이다. 수증기압은 대기 중에 포함된 수증기의 압력을 말한다. 특히 포화수증기압은 주어진 온도에서 수증기를 최대로 포함했을 때의 수증기압이다. 현재의 수증기압과 포화 수증기압을 알면 상대습도를 구할 수 있다. 아래의 식으로 상대습도를 구할 수 있고, 건습구 온도계를 통해 구할 수도 있다.

상대습도 = ( 현재 수증기압 / 포화수증기압 ) * 100

기온과 상대습도의 일변화

기온은 낮에 높고 밤에 낮다. 그러므로 낮에는 기온이 높아 포화 수증기량이 크므로 상대습도가 낮고, 밤이나 새벽에는 기온이 낮아 반대로 포화수증기량이 작아서 습도가 높다.

[네이버 지식백과] 상대습도 [relative humidity, 相對濕度] (두산백과 두피디아, 두산백과)

절대습도 [絶對濕度, absolute humidity]

대기 중에 포함된 수증기의 양을 표시하는 방법.

공기 1㎥ 중에 포함된 수증기의 양을 g으로 나타낸다. 수증기밀도 또는 수증기농도라고도 하는데, 공기 중의 수증기의 포화정도를 나타내는 상대습도와는 의미가 다르다. 절대습도는 기온에 따라 수증기가 공기에 포함될 수 있는 최대값이 정해져 있으며, 그 값은 기온이 높으면 커지고 낮으면 작아진다. 일반적으로 기온이 높은 여름철에는 절대습도가 높고, 기온이 낮은 겨울철에는 낮다.  네이버백과사전

기화열[ Heat of vaporization, Heat of vapourization ]

기화열은 일정한 압력에서 주어진 양의 물질을 액체에서 기체로 변화시키기 위해 공급해야 하는 열량(에너지)이라고 정의한다. 액체에 열을 가하면 액체의 온도가 올라간다. 그러나, 액체가 끓기 시작하면, 열량을 계속 공급해도 액체의 온도가 올라가지 않는다. 공급되는 열량(에너지)이 액체를 기체로 변화시키는 데에 사용되기 때문이다.

단위질량의 기화열을 표시하는 데에는 kJ/kg 또는 J/g 등의 단위가 사용되고, 1 몰의 기화열을 표시하는 데에는 kJ/mol 또는 J/mol 등의 단위가 사용된다. 과거에 사용되던 cal/mol, cal/g 등의 단위도 가끔 사용된다.

물질이 온도의 변화는 없이 고체-액체-기체 등으로 상만 변할 때 드나드는 열량(에너지)을 숨은열(잠열)이라 하는데, 기화열은 잠열 중의 하나다. 물질이 기체에서 액체로 변할 때 외부로 내어놓는 열량(에너지)은 응축열(heat of condensation) 또는 서림열이라 하고, 그 크기는 기화열과 같다.

[네이버 지식백과] 기화열 [Heat of vaporization, Heat of vapourization] (물리학백과)

물의 기화열

물의 기화열은 약 40.65 kJ/mol, 2260 kJ/kg, 또는 약 540 cal/g이다. 물의 온도를 0℃에서 100℃까지 올리는 데에 필요한 에너지가 100 cal/g이므로, 기화열은 이 열량의 5배가 넘는 에너지이다.

[네이버 지식백과] 기화열 [Heat of vaporization, Heat of vapourization] (물리학백과)