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습윤
개요
습윤이란 습기가 많고 축축한 것을 뜻한다. 이를테면 메디폼, 듀오덤 등의 밴드를 습윤 드레싱이라 한다. 이는 종래 주로 쓰이던 데일밴드 등의 건조한 드레싱에 비해 흉터가 덜 남는 것으로 알려져 있다.
또한, 다른 뜻으로 습윤은 고체, 액체, 기체가 서로 접할 때 고체와 액체의 경계를 이루는 면이 증가하는 현상으로, 고체 대신 실험에 사용하는 다른 액체와 섞이지 않는 액체에 대해서도 일어나는 현상이다. 확장습윤, 침지습윤, 부착습윤의 종류가 있다. 고체 대신 이들과 섞이지 않는 다른 하나의 액체가 관여하는 경우도 있다. 습윤은 다음과 같은 세 가지 상태가 있다. ① 확장습윤 : 유리판 표면에 알코올을 떨어뜨렸을 때처럼 차차 젖어서 알코올이 퍼지는 경우, ② 침지습윤(浸漬濕潤) : 고체 덩어리가 액체 속에 잠겨 있는 경우, ③ 부착습윤 : 유리판 위에 수은 방울이 있는 것 같은 상태 등이 있다.
예를 들면, 용액 중에 분산된 콜로이드 입자들을 전하에 의한 전기적 반발력과 흡착층에 의한 입체장애 효과를 이용하여 안료와 안료 사이의 간격을 일정하게 유지시키면 안료들이 재응집하는 것을 방지할 수 있다. 이는 안료 표면에 존재하는 공기와 수분이 제거되어 수지용액으로 대체되기 때문이다. 고체와 기체(안료와 공기) 사이의 경계를 이루는 면은 고체와 액체(안료와 수지용액) 사이의 경계를 이루는 면으로 변하고, 수지용액은 응집체 사이의 공간으로 침투하는 원리를 이용한 것이다.[1][2]
물리학의 습윤
습윤이란 고체와 기체의 계면이 고체와 액체의 계면으로 치환되는 현상을 말한다. 또 다른 표현으로는 액체가 고체 표면과 접촉을 유지할 수 있는 능력 즉, 고체의 표면에 액체가 존재할 때, 고체와 액체 사이의 상호 작용에 의해 액체가 고체 위에 퍼지는 현상을 의미한다. 습윤의 다른 표현으로는 '젖음'이 있다. 습윤을 설명할 때 계면이란, 고체와 기체, 고체와 액체, 고체와 고체, 액체와 액체, 액체와 기체가 접촉하여 형성된 경계면을 의미한다. 물방울이 동그랗게 형성되는 까닭은 액체인 물방울과 공기 사이의 계면이 장력을 가지기 때문에 발생하는 현상이다. 이 계면 장력은 서로 다른 물질이 접할 때, 이 경계면에서 발생하는 장력을 의미한다.
예를 들어 물방울에서 물 분자들은 서로 끌어당기는 힘인 인력을 가지고 있다. 이 인력으로 인해 물방울 전체의 표면적을 줄이는 방향으로 힘이 작용하고 있으며, 이러한 원리로 물방울이 동그란 모양을 형성하게 된다. 또한 물방울의 가장 바깥쪽에 존재하는 물 분자들은 최대로 결합할 수 있는 결합의 수보다 적은 결합을 하고 있다. 따라서 물방울 안쪽에 있는 물 분자보다 에너지가 높은 상태이며, 에너지가 높다는 것은 불안정하다는 것을 의미하며 자유에너지가 많고 할 수 있다. 이것을 표면에너지라고 한다. 따라서 불안정한 표면 에너지를 안정하게 만들기 위해 즉, 표면 에너지를 감소시키기 위해서 다른 표면과 접촉하며 표면의 면적을 줄이게 된다.
이때의 표면에너지를 계면장력 또는 표면장력이라고 한다. 여기서 계면장력과 표면장력은 유사한 의미지만 표면장력은 액체-기체 사이의 에너지를 의미하고, 계면장력은 액체-액체, 고체-액체, 고체-기체 사이의 에너지를 의미한다. 습윤에 대해 설명하기 앞서 계면과 계면 장력, 표면 장력에 대해 설명한 이유는 이 값들의 관계에 따라 습윤의 종류가 정해지기 때문이다.[3]
습윤지수
습윤지수(Humidity Index)는 미국의 기후학자 쏜쓰웨이트(Thornthwaite)가 1948년 제시한 기후구분 방법의 하나로서, 물수지에 중점을 둔 기후구분 지수이다. 대상 지역에서 가용할 수 있는 물의 정도를 지수화하여 습하고 건조한 기후를 구분한다. 세계의 다양한 기후를 일정한 기준에 의해 구분하는 것은 기후를 체계적으로 이해하기 위해 중요하다. 그 중에서도 독일의 기후학자 쾨펜(Köppen)가 제시한 기온과 강수량을 통한 손쉬운 기후구분이 널리 쓰이고 있으나, 이에 대한 단점을 보완하거나 세분화하는 연구들이 진행되어 왔다.
습윤지수는 미국의 기후학자 쏜쓰웨이트(Thornthwaite)가 1948년 제시한 기후구분 방법의 하나로서, 물수지에 중점을 둔 기후구분 지수를 말한다. 대상 지역에서 가용할 수 있는 물의 정도를 그 지역에서의 물의 소요량과 잉여량의 비를 통해 지수화하여 사용한다. 물의 잉여량은 주로 월단위의 강수량과 가능증발산량의 차이를 합산하여 계산하며, 물의 소요량은 같은 기간동안의 월단위 가능증발산량의 합을 이용하여 구한다.
습윤지수는 쏜쓰웨이트 기후구분에서 건조기후를 세분화하는데 사용되는데, 습윤지수의 양에 따라 물의 잉여량이 음수이거나 작은 값을 갖는 기후, 계절적(여름, 겨울철)으로 중간정도 물의 잉여량이 나타나는 기후, 계절적(여름, 겨울철)으로 습한 기후대로 분류할 수 있다. 건조한 지역의 경우 강수량이 가능증발산량보다 적기 때문에 음의 습윤지수값을 갖기도 한다. 또한, moisture index라고 불리우는 식생 성장을 위한 강수량의 효율성(여기서도 특정 지역 및 기간동안 물의 소요량과 잉여량을 고려함)을 나타내는 지수를 계산하는 성분으로 활용되기도 한다.
먼저 물수지 계산에 기초하여 물 부족분과 물 잉여량의 연간 합계값을 각각 d, s라고 하고 가능증발산량의 연간 합계값을 n이라고 하면 건조계수 Ia, 습윤계수 Ih는 Ia＝100d/n, Ih＝100s/n의 식으로 구해진다. 이들 계수를 이용하여 습윤지수 Im은 Im＝Ih－0.6Ia의 식으로 구해지며 이 지수에 의해 다음과 같이 기후의 습윤상태가 구분된다. A(완전습윤):Im 100 이상, B(습윤):Im 20∼100 C(아습윤):Im －20∼20 D(아건조):Im －40∼－20 E(건조):Im －60∼－40.[4][5]
습윤기후
습윤기후(濕潤氣候, humid climate)는 강수량이 증발산량보다 많아 수분잉여가 나타나는 기후를 말하며 건조기후의 대칭되는 말이다. 구하기가 어려운 증발산량 대신 기온자료를 이용하여 습윤기후와 건조기후를 판정하는 경우가 많다. 독일 기후학자인 블라디미르 쾨펜(Wladimir Köppen, 1846∼1940)의 기후구분에서는 A, C, D의 기후가 습윤기후에 해당하며 강수량(mm)은 적어도 연평균기온(℃)에 20을 곱한 값보다 커야 한다. 기온조건이 양호하다면 습윤기후에서는 나무가 자랄 만큼 충분한 강수량이 있다. 건조기후와 습윤기후의 경계는 건조한계라고 불리는데, 쾨펜은 실제의 식생 분포도에서 이 경계선을 구한 뒤 이 경계선에 부합하는 강수량의 값을 기온으로 구하였다. 이 경우에 세계 전체에 대해 하나의 식을 이용한 것이 아니라 강우량의 계절적 배분의 차이에 따라 3개의 그룹으로 나누고 각각에 대해 실험식을 구하였다.
습윤기후는 강수량이 증발산량보다 많은 기후로 건조기후와 반대가 된다. 수분의 수지 입장에서 기후를 분류하면 습윤기후와 건조기후로 크게 나눠진다. 이 두 가지 경계의 결정방법은 학자에 따라 몇 가지가 있으나, W. P. 쾨펜은 건조한계지 20 이하의 건조기후를 제외한 기후라고 정의하였다. 즉, 열대기후·온대기후·냉대기후·한대기후를 총칭한다. 즉, 연강우량을 r(mm), 연평균기온을 t(℃)라고 할 때 습윤기후와 건조기후를 나누는 경계선 상의 강우량 r은 다음 식으로 주어진다. 연중 다우이고 건기가 없는 지방은 r ＝ 20(t ＋ 7). 여름에 우기, 겨울에 건기가 나타나는 지방은 r ＝ 20(t ＋ 14), 겨울에 우기, 여름에 건기가 나타나는 지방은 r ＝ 20t, 그 외에 건조기후와 습윤기후의 구분에 관계되는 기준은 다양하게 제안되고 있는데, 프랑스 지리학자인 애마누엘 드마르톤(Emmanuiel de Martonne, 1873∼1955)의 건조지수, 미국 기후학자인 워런 손스웨이트(C. Warren Thornthwaite, 1899∼1963)의 습윤지수 등이 있다.[6][7]
습윤공기
습윤공기(濕潤空氣, Moist air)는 대기 중 건조공기와 수증기가 섞인 공기를 말한다. 대기 중 건조공기(dry air)와 수증기(water vapor)가 혼합된 공기이다. 일반적으로, 건조공기의 밀도는 약 28.97kg/kmol인데 반해, 수증기의 밀도는 약 18.02kg/kmol이다. 따라서 건조공기에 수증기의 함량이 높아질수록 습윤공기의 밀도는 건조공기보다 낮아지게 된다. 또한 공기 중에 포함하고 있는 수증기의 압력이 그 온도에서의 포화수증기압과 같을 경우에 포화공기라고 하며, 공기 중 수증기압은 아래와 나와있는 습윤공기에 대한 달튼의 법칙(Daltons Law for moist air)으로 계산된다.
- P = Pa + Pw
※ (P: 전체 공기의 압력, Pa: 건조공기의 부분압력, Pw: 습윤공기의 부분압력)[8]
동영상
각주
참고자료
- 〈습윤〉, 《네이버 국어사전》
- 〈습윤〉, 《나무위키》
- 〈습윤〉, 《두산백과》
- 〈습윤〉, 《물리학백과》
- 〈습윤지수〉, 《기상학백과》
- 〈습윤지수〉, 《지구과학사전》
- 〈습윤기후〉, 《지구과학사전》
- 〈습윤기후〉, 《물백과사전》
- 〈습윤지수〉, 《두산백과》
같이 보기
