기체의 성질 — 압력·온도와 부피

이 단원은 눈에 안 보이는 걸 다뤄. 그래서 직접 움직여봐야 해!

💡 시작하기 전에 — 이 단원의 전부는 한 문장이야 “기체 분자는 스스로 끊임없이 움직인다.”
보일 법칙도 샤를 법칙도 전부 여기서 나와. 공식을 먼저 외우지 말고, 분자가 어떻게 움직이는지 그림으로 떠올리는 연습을 하면 문제가 저절로 풀려. 🖐️

그리고 이 단원 최고의 함정 하나 — 부피가 변해도 분자의 크기와 개수는 절대 안 변해! 변하는 건 분자 사이의 거리야. 이거 하나만 확실히 해두면 반은 맞고 들어가.

1 🏃 기체 분자는 계속 움직여

기체를 이루는 분자(물질을 이루는 아주 작은 알갱이)는 가만히 있지 않아. 스스로, 끊임없이, 모든 방향으로 마구 날아다녀. 아래 그림에서 직접 봐! 👇

분자들이 서로 다른 방향으로, 서로 다른 빠르기로 날아다녀요

💡 이걸로 설명되는 것들 확산 — 방 한쪽에서 향수를 뿌렸는데 반대쪽에서도 냄새가 나는 것
증발 — 널어놓은 빨래가 저절로 마르는 것
둘 다 분자가 스스로 움직이기 때문이야. 누가 밀어주지 않아도 알아서 퍼져 나가.

🧊 초등학교 때 배운 것과 이어보면 고체·액체·기체 중에 기체는 분자 사이가 가장 많이 떨어져 있고 가장 활발하게 움직여. 그래서 기체만 눌러서 부피를 줄일 수 있어. (고체나 액체는 아무리 눌러도 거의 안 줄어들지?)
→ 기체 사이에 빈 공간이 많다는 게 이 단원 전체의 출발점이야.

2 💨 기체의 압력이란?

날아다니던 분자들이 그릇의 벽에 쿵쿵 부딪혀. 이 충돌이 벽을 밀어내는 힘이 되는데, 이걸 기체의 압력이라고 해.

기체의 압력이란

기체 분자가 그릇의 벽에 충돌하면서
벽을 미는 힘

그래서 충돌이 많아지거나 세지면 압력이 커져. 언제 그렇게 될까? 👇

이렇게 하면	충돌이	압력은
부피를 줄이면 (좁아짐)	더 자주 부딪힘	커진다 ⬆️
온도를 올리면 (빨라짐)	더 자주, 더 세게	커진다 ⬆️
분자 수를 늘리면	더 자주 부딪힘	커진다 ⬆️

💡 우리는 지금도 눌리고 있어 우리 주위 공기도 기체라서 우리를 사방에서 누르고 있어. 이걸 대기압이라고 해. 평소에 못 느끼는 건 몸 안에서도 똑같은 크기로 밀어내고 있어서 균형이 맞기 때문이야.
높은 산에 올라가면 위에 쌓인 공기가 적어지니까 대기압이 낮아져. (뒤에 나오는 과자 봉지 이야기의 핵심이 바로 이거야!)

3 ⭐ 보일 법칙 — 직접 눌러보기

온도는 그대로 두고 위에서 누르는 힘(압력)만 바꿔볼 거야. 슬라이더를 움직여서 추를 올려봐! 🖐️
아래 주황색 칸을 특히 잘 봐 — 거기가 이 법칙의 핵심이야.

1배2배3배4배

압력 1배

압력 (P)1기압

부피 (V)12mL

압력 × 부피12항상 똑같아! ⭐

분자 수14개 — 안 변해!

👀 슬라이더 움직이면서 꼭 확인할 것 3가지 ① 압력이 2배 → 부피가 ½배. 3배 → ⅓배. (곱하기가 아니라 나누기야!)
② 압력 × 부피는 언제나 12로 똑같아. ← 이게 보일 법칙의 진짜 모습
③ 분자 개수는 14개 그대로! 분자가 없어진 게 아니라 더 좁은 곳에 모인 거야.

4 보일 법칙 정리하기

보 일 법 칙

온도가 일정할 때
기체의 부피는 압력에 반비례한다
P × V = 일정
P₁ × V₁ = P₂ × V₂

왜 그럴까? — 분자로 설명하기

1단계 위에서 더 세게 누른다 → 공간이 좁아진다 (부피 ↓)

2단계 분자 수는 그대로인데 방이 좁아졌으니, 분자가 벽에 더 자주 부딪힌다

3단계 그래서 안에서 밀어내는 힘(압력)이 커진다

4단계 밖에서 누르는 힘과 똑같아지는 지점에서 멈춘다 → 여기가 새 부피!

문제 푸는 법 — 딱 한 줄만 쓰면 돼

✏️ P₁ × V₁ = P₂ × V₂ 예) 1기압에서 부피 30 mL 인 기체를, 온도는 그대로 두고 3기압으로 누르면?
→ 1 × 30 = 3 × V₂ → V₂ = 10 mL
압력이 3배가 됐으니 부피는 ⅓배. 숫자를 넣기 전에 커질지 작아질지 먼저 생각하면 실수가 확 줄어!

생활 속 보일 법칙 — 전부 “압력이 변한” 경우야

🤿 잠수부가 내쉰 공기 방울이 위로 올라갈수록 커진다 → 물이 누르는 압력이 약해져서

✈️ 비행기가 높이 뜨면 과자 봉지가 빵빵해진다 → 바깥 압력이 낮아져서

⛰️ 높은 산에 올라가면 페트병이 부푼다 → 대기압이 낮아져서

💉 주사기 입구를 막고 누르면 잘 안 들어간다 → 부피가 줄면서 안쪽 압력이 커져서

🎈 하늘로 올라간 헬륨 풍선이 터진다 → 위로 갈수록 압력이 낮아져 계속 부풀어서

같은 공기인데 깊이에 따라 크기가 달라져요 — 부피가 압력에 반비례하니까!

5 ⭐ 샤를 법칙 — 직접 데워보기

이번엔 누르는 압력은 그대로 두고 (추 1개 고정!) 온도만 바꿔볼 거야. 슬라이더를 움직여봐! 🖐️ 분자가 어떻게 달라지는지 잘 봐.

-20°C50°C120°C200°C

0 °C

온도0°C

부피 (V)10.0mL

압력1기압 — 안 변해!

분자 수14개 — 안 변해!

👀 슬라이더 움직이면서 꼭 확인할 것 3가지 ① 온도가 올라가면 분자가 빨라지고 부피가 커져.
② 온도가 내려가면 분자가 느려지고 부피가 작아져.
③ 여기서도 분자 개수와 크기는 그대로! 분자 사이의 거리만 멀어지고 가까워져.

6 샤를 법칙 정리하기

샤 를 법 칙

압력이 일정할 때
온도가 높아지면 기체의 부피는 커진다
(온도가 낮아지면 부피는 작아진다)

왜 그럴까? — 분자로 설명하기

1단계 온도를 올린다 → 분자의 운동이 활발해진다 (빨라진다)

2단계 벽에 더 자주, 더 세게 부딪힌다 → 밀어내는 힘이 커진다

3단계 위에 놓인 추는 그대로니까, 안쪽이 더 세게 밀면 피스톤이 밀려 올라간다

4단계 부피가 커지면 충돌이 다시 뜸해져서, 압력이 원래대로 돌아온 지점에서 멈춘다

💡 헷갈리지 않게 — 결국 이렇게 기억해 온도가 올라가서 압력이 커진 게 아니야. 압력은 계속 1기압으로 똑같아.
대신 부피가 늘어나면서 그 압력을 맞춰준 거야. 이게 “압력이 일정할 때”라는 조건의 뜻이야.

생활 속 샤를 법칙 — 전부 “온도가 변한” 경우야

🎈 열기구가 뜬다 → 안의 공기를 데우면 부피가 커지고 가벼워져서

🏓 찌그러진 탁구공을 뜨거운 물에 넣으면 펴진다 → 안의 공기가 부풀어서

🚗 여름에 자동차 타이어가 팽팽해진다 → 도로 열로 온도가 올라가서

🧊 냉장고에 넣은 페트병이 찌그러진다 → 안의 공기가 식으면서 부피가 줄어서

🌡️ 여름에 부푼 튜브가 물에 들어가면 좀 쭈그러든다 → 물이 더 차가워서

더 알고 싶으면 — “정비례”라고 써도 될까? (안 봐도 시험은 괜찮아)

책에 따라 “부피는 온도에 정비례한다”고 쓰기도 해. 그런데 조심할 게 있어.

섭씨온도(°C)로는 정확히는 정비례가 아니야. 정비례라면 0 °C 에서 부피가 0 이어야 하는데, 실제로는 0 °C 에서도 기체에 부피가 있잖아? 위 그래프의 직선이 0 을 안 지나고 위쪽에서 시작하는 게 그 증거야. 👀

정확히 말하면 — 온도가 1 °C 올라갈 때마다 0 °C 일 때 부피의 약 1/273 씩 일정하게 늘어나. 이걸 깔끔하게 정비례로 쓰려면 절대온도라는 걸 써야 하는데, 그건 고등학교에서 배워.

지금 시험에 나오는 핵심은 이거야 — “압력이 일정할 때, 온도가 높아지면 부피가 커진다.” 이것만 확실하면 돼. 🙆

※ 재이 책(장풍쌤 백신)에 1/273 이 나오는지 아닌지는 내가 직접 못 봐서 몰라. 책에 있으면 위 설명이랑 같이 보면 되고, 없으면 안 외워도 괜찮아.

7 🎮 이건 보일? 샤를? 맞혀보기

시험에 제일 많이 나오는 유형이야. 구별법은 딱 하나 — “무엇이 변했지?” 를 물어보면 돼. 압력이 변했으면 보일, 온도가 변했으면 샤를! 🖐️

준비됐어? 아래 버튼을 눌러 시작해봐! 🎈

💡 1초 만에 구별하는 법 문장에 “올라간다·깊어진다·산·비행기·눌렀다” 가 나오면 → 압력 이야기 → 보일 💨
문장에 “뜨거운·차가운·데웠다·식혔다·여름·냉장고” 가 나오면 → 온도 이야기 → 샤를 🌡️

8 ⚠️ 헷갈리는 것 모음

❌ 부피가 줄었으니까 분자가 작아진 거야

⭕ 분자 크기는 절대 안 변해! 분자 사이의 거리가 가까워진 거야. ⭐⭐⭐ 제일 많이 틀리는 것

❌ 부피가 줄었으니까 분자 개수가 줄었어

⭕ 개수도 그대로! 그릇 밖으로 빠져나간 게 아니잖아. 같은 수가 좁은 곳에 모인 거야

❌ 압력이 2배면 부피도 2배

⭕ 반비례! 압력이 2배면 부피는 ½배. 곱하는 게 아니라 나누는 거야

❌ 보일 법칙은 그냥 압력이랑 부피 이야기

⭕ “온도가 일정할 때” 라는 조건이 반드시 붙어! 조건을 빼먹으면 틀린 답이야

❌ 온도를 올리면 압력이 커지는 게 샤를 법칙

⭕ 샤를 법칙에서는 압력이 일정해. 커지는 건 부피야

❌ 고체나 액체도 누르면 부피가 확 줄어

⭕ 기체만 그래. 고체·액체는 분자 사이 빈 공간이 거의 없어서 눌러도 잘 안 줄어

🔑 결국 딱 한 문장 변하는 것은 “분자 사이의 거리”뿐이다.
분자의 크기, 개수, 질량 — 이 셋은 어떤 경우에도 안 변해. 이 문장 하나로 8번 항목 중 절반이 풀려. 🙆

9 ✏️ 확인문제

먼저 스스로 풀어보고 답을 열어봐. 직접 알아낸 것만 진짜 재이 것이 돼! 💪

온도가 일정할 때, 기체의 부피는 압력에 (　　　　)한다.
1기압에서 부피가 30 mL 인 기체를, 온도를 그대로 두고 3기압으로 누르면 부피는?
4기압에서 부피가 5 L 인 기체를, 온도를 그대로 두고 1기압으로 낮추면 부피는?
기체를 눌러서 부피가 절반이 되었다. 이때 분자의 개수와 분자의 크기는 어떻게 될까?
열기구가 하늘로 뜨는 것은 보일 법칙과 샤를 법칙 중 어느 쪽일까?
잠수부가 내쉰 공기 방울이 위로 올라갈수록 커지는 것은 어느 쪽일까?
보일 법칙이 성립하려면 무엇이 일정해야 할까?
냉장고에 넣어둔 빈 페트병이 찌그러졌다. 왜 그럴까? 분자로 설명해봐.

답 확인하기 (먼저 풀어보고 열기!)

반비례
10 mL. 1 × 30 = 3 × V₂ → V₂ = 10 (압력이 3배 → 부피는 ⅓배)
20 L. 4 × 5 = 1 × V₂ → V₂ = 20 (압력이 ¼배 → 부피는 4배)
둘 다 변하지 않아! 개수도 그대로, 크기도 그대로. 변한 건 분자 사이의 거리뿐이야. ⭐ 이 단원 최고 함정
샤를 법칙. 안의 공기를 데워서(온도 변화) 부피가 커진 거야
보일 법칙. 위로 갈수록 물이 누르는 압력이 작아져서 부피가 커진 거야
온도가 일정해야 해. (기체의 양도 그대로여야 하고) “온도가 일정할 때”를 빼면 보일 법칙이 아니야!
냉장고 안은 차가워서 온도가 낮아져 → 병 안의 기체 분자 운동이 느려지고 → 벽에 부딪히는 힘이 약해져 부피가 줄어들어 → 밖에서 누르는 대기압에 밀려 찌그러져. 샤를 법칙이야! 🙆

✓ 시험 직전엔 이것만!

기체 분자는 스스로 끊임없이 모든 방향으로 움직인다
기체의 압력 = 분자가 벽에 충돌해서 미는 힘
보일 — 온도 일정, 부피는 압력에 반비례, P₁V₁ = P₂V₂ 💨
샤를 — 압력 일정, 온도 ⬆️ 면 부피 ⬆️ 🌡️
구별법: 압력이 변했나(보일) 온도가 변했나(샤를)
보일 예 — 잠수·비행기·산·주사기 / 샤를 예 — 열기구·탁구공·타이어·냉장고
⭐⭐⭐ 분자의 크기·개수·질량은 절대 안 변한다. 변하는 건 사이의 거리뿐!
조건 빼먹지 않기 — 보일은 “온도가 일정할 때”, 샤를은 “압력이 일정할 때”