공기의 무게는 얼마나 될까?

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갑자기 공기의 무게가 얼마나 되는지 알아 보고 싶어졌다.

공기가 무게가 있다는 것을 실험적으로 보여주기 위해 보통 공기가 들어있는 풍선과 공기가 안들어 있는 풍선의
무게를 비교하는 실험을 하곤 한다.

하지만 여기에는 약간의 모순점이 있다.

실제 실험해 보면 큰 차이를 느끼기 어려울 것이다.

왜냐하면 공기가 들어가 풍선의 부피가 증가하면 증가한 부피만큰 공기의 부력이 생기기 때문에 실질적인 무게는
거의 변하지 않을 것이기 때문이다.

전에 아세톤의 상태변화 실험 오류 에서 비닐지퍼팩을 가지고 공기가 들어있을때와 안들어 있을때 무게의 차이가 없다는 것을
증명한적이 있다.

아래 아세톤의 상태변화 실험에서의 오류 참고
http://sciencelove.com/1018

아세톤 상태변화실험에서 상태가 변할때 저울의 측정값이 변하는 이유(오류)+부력?

그런데도 불구하고 이 실험이 자주 등장하는 이유는....
고민해본 결과 풍선은 탄력성이 있기 때문에 풍선안에 들어있는 공기는 작은수치겠지만 압축이 되기 때문에 공기의 밀도가
증가하게 될 것이다. 그래서 공기가 들어있는 풍선이 더 무거워 지는 것이다.

만약 고무풍선이 아닌 비닐지퍼팩으로 이 실험을 한다면 아무리 해도 무게 차이는 발생하지 않을 것이다. 
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만약 1.5L 페트병에 공기를 1.5L 더 넣는다면 무게는 얼마나 증가할까?
그래서 직접 실험해 보았다.

1.5L 페트병에 가압압축펌프를 통해 공기를 1.5L 더 집어 넣는다.

문) 1.5L 더 집어 넣었다는 것은 어떻게 알 수 있을까?
답) 1.5L 페트병의 압력을 2기압으로 증가시키면 된다.  2기압이 됬는지 알아내는 방법은 보일의 법칙을 참고하면 된다.

아래 보일의 법칙 참고
http://sciencelove.com/1002

보일의 법칙 - 진공용기를 이용하여 주사기 팽창시키기

실험결과 1.5L 페트병을 2기압으로 만들면(공기를 1.5L 더 집어 넣은 것이다.)  약 1.8g 이 증가한다는 것을 알 수 있었다.
즉 20도에서 1L 의 공기 밀도가 약 1.2g 정도 되므로 공기 1.5L 의 무게는 약 1.8g 이 된다는 것과 정확하게 일치함을 알 수 있었다.

https://youtu.be/6OMQSE9fpbY

 

<추가실험>

가압압축펌프로 압축을 해보면 거의 일정하게 질량이 증가하는 것을 알 수 있었다.
가압압축펌프로 한번 펌프질 할때 마다 들어가는 공기의 양이 일정하다는 것을 의미 한다.


그래서 이번에는 진공용기를 이용하여  공기를 빼 보았다.
펌프질 할때 마다 무게가 일정하게 줄 것이라 생각했는데 펌프질 할 수록 줄어드는 비율이 조금씩 작아짐을 알 수 있었다.

이유는?

공기를 집어 넣는 것과 달리, 공기를 빼 내면 한번 펌프질 할때 마다 나오는 공기의 양이 점점 줄어들기 때문일 것이다.
진공용기 안에 들어있는 공기의 양이 시간이 지날수록 희박해 지기 때문이다.


참고    <온도와 압력에 따른 공기의 밀도>

압력mmHg온도℃	690	700	710	720	730	740	750	760	770	780
0℃	1.174	1.191	1.203	1.225	1.242	1.259	1.276	1.293	1.310	1.327
5℃	1.153	1.169	1.186	1.203	1.220	1.236	1.253	1.270	1.286	1.303
10℃	1.132	1.149	1.165	1.182	1.198	1.214	1231	1.248	1.264	1.280
15℃	1.113	1.129	1.145	1.161	1.177	1.193	1.209	1.226	1.242	1.258
20℃	1.094	1.109	1.125	1.141	1.157	1.173	1.189	1.205	1.220	1.236
25℃	1.075	1.901	1.106	1.122	1.138	1.153	1.169	1.184	1.200	1.215
30℃	1.057	1.073	1.088	1.103	1.119	1.134	1.149	1.165	1.180	1.195

기압이 760mmHg(1기압)이면 밀도는 1.248임.