최소발화에너지의 크기와 계산식

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1 출제 포인트 — 이렇게 나옵니다

30회 시험 중에서 8번 나왔습니다

2012~2022년 기출 30회 시험 기준

출제 회차 2013년 2차 · 2014년 3차 · 2017년 1차 · 2018년 1차 · 2018년 3차 · 2019년 3차 · 2021년 1차 · 2022년 2차

2 쉬운 설명

최소발화에너지는 가연성 혼합기(가스)에 불을 붙이는 데 필요한 가장 작은 에너지다. 이 값이 작을수록 아주 작은 불꽃에도 불이 붙으므로 더 위험하다. 최소착화에너지라는 이름으로도 나오며, 설명은 같다(가연성 혼합기체에 불을 붙이는 데 필요한 가장 작은 에너지).

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물질끼리 비교하는 문제에서는 보기에 함께 든 물질 가운데 값이 가장 작은 것을 고른다. 수소는 메탄·에탄·프로판과 함께 나온 보기에서 최소발화에너지가 가장 작은 가스였고, 메탄·프로판·벤젠과 함께 나온 보기에서도 가장 작았다. 수소는 약 0.02mJ 수준으로 매우 작아 작은 정전기 불꽃에도 불이 붙는다.

에틸렌·아세트알데히드·메탄·에탄이 보기로 나온 문제에서는 에틸렌이 가장 작았고, 아세트알데히드·메탄·에탄은 모두 에틸렌보다 최소발화에너지가 크다. 메탄과 에탄 같은 포화 탄화수소보다 에틸렌 같은 불포화 탄화수소가 대체로 작다.

최소발화에너지는 콘덴서에 저장된 에너지로 E = (1/2)CV² 이다. 정전에너지를 구하는 식도 E = (1/2)CV² 로 나왔다. 여기서 C는 콘덴서 용량(정전용량, 단위 [F]), V는 전압[V]이다. 정전기 방전 에너지가 가연물의 최소발화에너지보다 크면 폭발할 수 있다.

다른 식과 헷갈리지 않아야 한다. E = I²RT 는 저항에서 나오는 줄열이고, E = 0.24I²RT 는 줄열을 칼로리로 나타낸 식이어서 둘 다 최소발화에너지 식이 아니다. E = IRT 도 최소발화에너지 식이 아니다. 또 E = (1/2)VC² 는 C와 V의 제곱 자리가 바뀐 식이고, E = VC² 는 1/2이 빠지고 제곱 자리도 바뀐 식이다.

대기압 상의 공기·아세틸렌 혼합가스의 최소발화에너지(MIE)는 압력이 클수록 감소하고, 불활성 물질이 늘면 불이 붙기 어려워져 증가하며, 화학양론농도보다 조금 높은 농도에서 최소값이 된다. 화학양론농도는 연료와 산소가 남김없이 반응하는 이론상의 혼합 농도다.

3 이 개념이 나온 기출문제

해설·법령 근거까지 가입 없이 보실 수 있습니다. 최신 5개년 문항은 여기 나오지 않습니다.

4 체크리스트 + 암기팁

암기팁 발화에너지는 이분의 일 씨 브이 제곱. 제곱은 전압(V)에 붙는다.

암기팁 MIE(대기압 공기·아세틸렌 혼합가스): 압력 올라가면 감소, 불활성 늘면 증가, 이론비보다 약간 진한 농도에서 최소.

함정 주의 C와 V의 제곱 자리가 바뀐 식(E = (1/2)VC²)이나 1/2이 빠진 식(E = VC²)은 오답이다. 전압이 제곱이다.

「가장 작은 것」을 묻는 문제는 보기에 함께 든 물질끼리만 비교한다. 에틸렌·아세트알데히드·메탄·에탄 중에서는 에틸렌, 수소·메탄·에탄·프로판 중과 메탄·프로판·벤젠·수소 중에서는 수소가 가장 작았다.
최소발화에너지는 값이 작을수록 불이 붙기 쉽고 위험하다. 값이 크다고 위험한 것이 아니다.
식은 E = (1/2)CV² 이다. C와 V의 제곱 자리를 바꾼 E = (1/2)VC², 1/2을 뺀 E = VC² 는 오답이다.

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E = I²RT(줄열)와 E = 0.24I²RT(줄열을 칼로리로 나타낸 식)는 최소발화에너지 식이 아니다. E = IRT 도 아니다.
공기·아세틸렌 혼합가스의 MIE: 압력이 클수록 감소(증가가 아니다), 불활성 물질이 늘면 증가(감소가 아니다), 화학양론농도보다 조금 높은 농도에서 최소값이다.