습도가 내려갔다는 말만으로 알 수 있는 것은 무엇인가요?
상대습도는 현재 수증기압이 그 온도의 포화 수증기압에서 차지하는 비율입니다. 따라서 수증기가 실제로 줄어도 내려가고, 수증기 조건이 같아도 온도가 올라가면 내려갈 수 있습니다. 같은 ‘60%에서 45%’라는 변화가 같은 원인을 뜻하지는 않습니다.
지난 글에서는 차가운 컵의 물방울이 어디서 오는지 살폈습니다. 이번에는 공기 가열, 수증기 제거, 잔 표면 가열이라는 서로 다른 세 행동을 비교합니다. 무엇을 바꾸었는지 기록해야 결과를 설명할 수 있습니다.
공기만 데우면 왜 이슬점이 유지될 수 있나요?
기압을 일정하게 두고 수증기를 더하거나 빼지 않은 채 공기를 데운다고 가정해 봅시다. 이 간단한 조건에서는 수증기의 분압이 유지되지만, 따뜻한 온도에 해당하는 포화 수증기압은 커집니다. 상대습도의 분모가 커져 비율이 내려갑니다.
활동의 출발점은 25℃·상대습도 60%이고 이슬점은 약 16.7℃입니다. 공기만 30℃로 올리면 상대습도는 약 44.8%가 되지만 이슬점은 약 16.7℃로 같습니다. 잔 겉면을 10℃로 따로 유지하면 여전히 이슬점보다 차갑습니다.
수증기를 실제로 줄이면 무엇이 달라지나요?
이번에는 온도를 그대로 두고 수증기 분압을 출발값의 절반으로 줄입니다. 이는 공기만 데우는 조작과 다릅니다. 모형에서 수증기 분압은 약 18.96hPa에서 9.48hPa로 줄고 이슬점은 약 6.2℃가 됩니다.
공기가 30℃라면 상대습도는 약 22.4%입니다. 10℃인 잔 표면은 이제 이슬점보다 따뜻하므로 표면 응결 조건에 이르지 않습니다. ‘습도가 낮아졌다’는 표현 뒤에 수증기 제거가 있었는지 살펴야 하는 이유입니다. 이 제거 비율은 실제 제습기의 성능이나 작동 시간을 뜻하지 않습니다.
잔을 따뜻하게 하는 방법은 어떻게 다른가요?
수증기를 그대로 두어도 잔 겉면을 이슬점보다 따뜻하게 만들면 표면 응결 조건을 바꿀 수 있습니다. 출발 조건에서 잔 표면을 10℃에서 20℃로 올리면, 공기의 이슬점 16.7℃보다 높아집니다.
실제 난방은 공기만 바꾸지 않고 잔이나 창 표면도 데우며 환기와 수증기 발생에도 영향을 줍니다. 그래서 이 실습에서는 공기 온도, 수증기 제거 비율, 표면 온도를 따로 조절합니다. 현실에서 여러 조건이 함께 바뀐 관찰을 한 요인의 효과로 단정하지 마세요.
세 조작을 어떻게 공정하게 비교하나요?
처음 값으로 돌아가 공기 온도만 올리고 이슬점·상대습도를 기록하세요. 다시 처음 값으로 돌아가 수증기 제거 비율만 올립니다. 마지막에는 표면 온도만 올립니다. 각 조작에서 변한 숫자와 그대로인 숫자를 나누면 원인의 차이가 드러납니다.
계산은 마그누스 근사식을 사용하며 모든 값은 교육용 조건입니다. 표면이 이슬점 근처라면 측정 오차와 모형 오차를 고려해야 합니다. 화면은 응결 가능 조건만 비교하고, 이미 맺힌 물방울이 증발하는 시간이나 누수 여부를 판정하지 않습니다.
참고 · Vaisala — 이슬점 계산식 ↗