개념 한 쪽
화재에서 열과 연기는 한자리에 머물지 않는다. 뜨거운 공기와 연기는 대류로 위로 올라가고, 열은 복사로 주변을 가열하며, 불꽃과 연기 자체가 이동해 다른 곳으로 퍼진다. 열의 양은 kcal와 줄로, 복사의 세기는 절대온도의 네제곱으로, 연기의 성질은 생성물의 몰수와 분자량으로 계산해 판단한다.
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출제기준 단원 「열 및 연기의 유동의 특성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 발화점 용어 | 1 | 점화원을 치워도 계속 타는 최저 온도의 이름 확인 |
| 연소현상 서술 판별 | 1 | 화재 때의 연소 양상 설명에서 빗나간 것 고르기 |
| 자기산소 물질 | 1 | 공기가 없어도 스스로 탈 수 있는 물질 고르기 |
열량은 단위를 맞춰 읽는다. 1kcal는 물 1kg의 온도를 15℃에서 16℃로 높이는 열량이고, 줄로 바꾸면 약 4186J, 4.186kJ이다. 5262·3943·3330은 이 변환값이 아니다. 단위가 섞인 문제에서는 kcal와 J 가운데 어느 쪽으로 답을 내는지 먼저 확인한다.
복사에너지는 온도에 대해 빠르게 커진다. 스테판-볼츠만 법칙에 따라 복사에너지는 절대온도의 네제곱에 비례하므로, 표면의 절대온도가 2배가 되면 복사에너지는 2의 네제곱인 16배가 된다. 온도가 3배면 81배다. 온도가 조금 올라도 복사로 전달되는 열이 크게 늘어나는 이유가 여기에 있다.
연소생성물의 양은 몰로 환산한다. 이산화탄소의 분자량은 탄소 12와 산소 16×2를 더한 44g/mol이므로, 20g은 20 ÷ 44 ≈ 0.45mol이다. 생성물의 양을 알면 같은 부피에서의 농도와 팽창 정도를 가늠할 수 있다.
열과 연기의 이동은 대류·복사·비화로 나눈다. 뜨거운 공기는 위로 올라가고, 열은 복사 형태로 주변에 전달되며, 불꽃과 연기, 연소 생성물의 분사로 화재는 쉽게 이동하고 성장한다. 기상 조건이나 가연물 상태와 관계없이 화재가 고정된다는 설명은 이 유동 특성을 부정하므로 틀리다.
가연물의 위험성은 낮은 쪽이 위험한 지표로 판단한다. 연소하한계가 낮을수록, 인화점이 낮을수록 위험하고, 연소범위가 넓을수록 위험하며, 온도가 높을수록 기화가 쉬워져 위험하다. 인화점은 점화원을 제거하면 꺼지는 온도, 연소점은 점화원을 제거해도 계속 타는 온도로 연소점이 더 높다.
자기연소는 분자 안의 산소로 이어진다. 디니트로톨루엔처럼 니트로기(-NO2)를 가진 물질은 가열되면 분자 내부의 산소를 방출해 공기 중 산소 없이도 탄다. 이황화탄소·톨루엔·크실렌 같은 탄화수소는 외부 산소가 필요하다.
혼합가스의 하한계와 연소범위도 유동과 함께 나온다. 르 샤틀리에 공식 L = 1/Σ(Vi/Li)로 성분 비율을 각 하한계로 나눈 값의 역수를 취한다. 40vol%와 60vol%가 각각 4.9vol%, 4.15vol%의 하한계를 가지면 약 4.42vol%가 된다. 연소범위는 하한과 상한 사이에서만 연소가 일어나며, 상한을 넘으면 가스가 너무 진해 산소가 부족하므로 타지 않는다.
학습목표: 가연성 인화물질의 보관 장소 및 안전관리 조치를 설명할 수 있다.
(1) 열, 화기 및 직사광선을 피하고 환기가 잘되는 장소에 보관
NCS 학습모듈 0502010403 소방안전관리 감독 · 4-2. 화기취급 안전관리
판단은 단위와 지수, 경계에서 갈린다. 1kcal는 4186J이고, 이산화탄소 20g은 44로 나눠 약 0.45mol이다. 절대온도가 2배면 복사에너지는 16배다. 화재는 대류·복사·비화로 확산하고 성장하므로 고정된다는 설명은 틀리다. 인화점과 연소하한계는 낮을수록 위험하고, 연소범위는 넓을수록 위험하다. 혼합가스 하한계는 0.4/4.9 + 0.6/4.15의 역수인 약 4.42vol%이며, 연소범위 상한을 넘으면 산소 부족으로 연소하지 않는다. 자기연소 물질은 니트로기처럼 분자 안에 산소를 품은 쪽이다.
가연성 액체에 점화원을 가져와서 인화된 후에 점화원을 제거하여도 가연물이 계속 연소되는 최저온도를 무엇이라 하는가?
정답 ③ · 가연성 액체에서 점화원 제거 후에도 연소가 지속되는 최저온도를 묻는 용어 문제이다. 점화원에 의해 인화된 뒤 점화원을 제거해도 스스로 증기가 공급되어 계속 타는 최저온도를 연소점이라 하며, 연소점은 인화점보다 높은 값이다.
점화원 제거 후에도 계속 연소되는 최저 온도를 연소점이라고 하며, 인화점은 점화원 제거 시 소멸하는 온도이다.
화재시의 연소현상에 관한 설명으로 적당하지 못한 것은?
정답 ③ · 화재 시 연소현상에 대한 설명 중 적당하지 못한 것을 고르는 문제이다. 화재는 접염, 대류, 복사, 비화 등에 의해 열이 주변으로 전달되면서 주변 가연물로 확산되고 성장하는 동적 현상이다.
화재는 열과 가연물, 산소가 결합하여 대류와 복사를 통해 주변으로 확산되며 성장하고 이동한다.
산소를 함유하고 있어 공기 중의 산소가 없어도 자기연소가 가능한 것은?
정답 ④ · 공기 중 산소 없이 자기연소가 가능한 물질을 고르는 문제이다. 자기연소란 분자 구조 내에 산소를 포함하고 있어 외부 산소 공급 없이 분해 반응만으로 연소가 지속되는 현상을 말한다.
분자 구조 내에 산소를 포함하고 있어 외부 산소 공급 없이도 분해 반응으로 연소할 수 있는 물질을 선택해야 한다.
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