갑자기 자전거 친구가 유튜브에서 봤다면서.. 자전거 튜브에 헬륨을 넣었는데 더 무거워지더라!
는 이야기를 했다.
그래서 그럴리가!!
그러면서 동영상을 살펴봤는데 정말 늘어났네?
동영상에서는 아.. 헬륨이 밀도가 낮으니까 같은 공간을 채우기 위해서는 더 들어가야 했나보다...
라고 하던데 정말 그런가?
싶어서 후다닥 찾아봤다.
일단 공기압은 40psi를 맞춘 것 같고... 대강 2.75bar.. 2.7atm...
기체 이야기에 빠질 수 없는 이상기체 상태방정식부터
PV=nRT
PV/nRT=1
여기까지는 이상기체일 때의 상황이고 실제 기체는 이와 다르니까 압축팩터 Z=PV/nRT를 계산하는데
헬륨의 경우는
Helium.pdfZ값이 1보다 크다. 그러니까 이상기체보다 압축이 덜된다, 분자간 반발력이 크다는 이야기
그럼 원래 타이어에 들어있던 공기는 어떤가 살펴보니
1보다 작은 값이다.
그렇다면 같은 공간에 같은 몰 수의 기체분자를 집어넣었을 때 헬륨이 더 큰 압력을 나타낸다는 말이고
동영상에서처럼 같은 압력, 같은 공간이라면 헬륨이 더 적게 들어가고.. 가벼워야 정상
물론 같은 몰 수가 들어가더라도 헬륨이 훨씬 가벼우니까 가벼워야 정상인데..
그럼 저건 뭔가?
지금 상황에서 그나마 가능한 추정은 상평형그림을 통한 것 밖에 없어보인다.
대략 300K에서 2기압 정도라고 하면 헬륨은 액체로 존재할 가능성이 상당하다.
그러니 저 친구들은 타이어에 액체헬륨을 넣은 셈...
그래서 무게는 공기를 넣었을 때보다 더 늘어나 버린...
그렇다면 가끔 타이어가게에서 볼 수 있는 질소 충전은 어떨까?
우선 질소의 Z값부터 살펴보면
거의 1에 근접하는 값이지만 1보다는 작다. 이상기체에 비해 분자간 인력이 작용하기 때문이라고 보면 되겠다.
그리고 질소는 상온에서는 초고압이 아닌 이상 기체로 존재하기 때문에 타이어에 넣어도 액화될 일이 없다.
대기 중의 이산화탄소 함량 대신 질소를 넣는 셈이니 무게가 줄어드는 효과는 글쎄... 클까?
