기체 확산 속도 계산기
그레이엄 법칙으로 두 기체의 확산 속도 비를 구합니다. 분자량이 작을수록 빨리 퍼집니다.
수소가 더 빠릅니다
3.984배
같은 거리를 가는 데 걸리는 시간은 그만큼 짧습니다
계산
가벼울수록 빨리 퍼집니다
같은 온도에서는 모든 기체 분자의 평균 운동에너지가 같습니다. ½mv² 이 같으려면 가벼운 분자가 더 빨라야 하고, 그래서 속도가 분자량의 제곱근에 반비례합니다. 수소가 산소보다 4배 빠른 것은 분자량이 16분의 1이기 때문입니다.
우라늄 농축에 쓰인 확산법이 이 원리입니다. 육불화우라늄 두 동위원소의 분자량이 349와 352로 거의 같아 한 번 걸러서는 0.4%밖에 갈라지지 않아, 수천 번을 반복해야 했습니다. 지금은 원심분리법을 씁니다.
계산 방법
- 1견줄 두 기체를 고릅니다. 분자량이 자동으로 채워집니다.
- 2목록에 없는 기체는 분자량을 직접 넣습니다.
- 3어느 쪽이 몇 배 빠른지 나옵니다.
자주 묻는 질문
같은 온도와 압력에서 기체가 퍼지는 속도가 분자량의 제곱근에 반비례한다는 법칙입니다. v₁/v₂ = √(M₂/M₁)로 나타내며, 가벼운 기체일수록 빠릅니다. 수소는 산소보다 분자량이 16분의 1이라 4배 빠르게 퍼집니다.
같은 온도에서는 모든 기체 분자의 평균 운동에너지가 같기 때문입니다. ½mv²이 같으려면 질량이 작은 분자가 더 빨라야 합니다. 온도는 결국 분자 운동에너지의 척도라서, 무엇이든 같은 온도면 같은 에너지를 가집니다.
초기 농축 방식인 기체확산법이 이 원리를 씁니다. 우라늄을 육불화우라늄 기체로 만들면 235와 238 동위원소의 분자량이 349와 352가 되는데, 그 차이가 1%도 안 돼 한 번 걸러서는 0.4%밖에 갈라지지 않습니다. 그래서 수천 단계를 반복해야 했고 엄청난 전력이 들었습니다. 지금은 원심분리법을 씁니다.
분출은 좁은 구멍으로 진공 쪽으로 새어 나가는 것이고, 확산은 다른 기체 속으로 섞여 퍼지는 것입니다. 그레이엄 법칙은 원래 분출에 대해 정확히 성립하며 확산에는 근사로 적용됩니다. 확산은 다른 분자와 부딪히며 진행돼 훨씬 느립니다.
그렇습니다. 헬륨은 분자량이 4로 공기(약 29)보다 훨씬 가벼워 고무의 미세한 틈으로 2.7배 빠르게 빠져나갑니다. 같은 풍선에 공기를 넣으면 며칠씩 가는데 헬륨은 하루 이틀 만에 가라앉는 것이 그 때문입니다.
알아두면 좋은 점
- 같은 온도와 압력에서 성립합니다.
- 좁은 구멍으로 새어 나가는 분출에 정확히 맞고, 다른 기체 속으로 퍼지는 확산에는 근사입니다.
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마지막 검증: 2026년 8월 29일 · 결과는 참고용 추정치입니다.