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불은 연료(가연물), 열(점화원), 산소 등 3가지 조건이 갖추어 져야만 불의 발생이 가능한 것이다. 그래서 우리는 이 3가지를 “불의 3요소”라 부른다.

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물질이 빛이나 열, 불꽃을 내며 산소와 빠르게 결합하는 반응인 연소. 연소가 일어나기 위한 요소 3가지에 대해서 실험을 통해 알아봅니다.
[YTN 사이언스 기사원문] http://www.ytnscience.co.kr/hotclip/view.php?s_mcd=0026\u0026key=201603181758313465

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연소의 3(4)요소 및 소화의 원리

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연소 (Combustion) 정의 및 개념 Part.1(연소의 3요소)

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연소의 3요소 – 좋은 습관

연소의 3요소 … > 어떤 물질이 공기 중의 산소와 화합하는 것. … > 열과 빛이 발생하는 급격한 산화-환원 반응. … > 가연물(연료), 점화원(열), 산소. > “ …

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연소의 3요소 / Ytn 사이언스 45 개의 새로운 답변이 업데이트 …

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Date Published: 4/12/2021

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Author: YTN 사이언스
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Date Published: 2016. 4. 12.
Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=YnY1ZeVHryU

불이란?

불이 탄다는 사실은 “연소”라는 용어로서 표기되고 있으며, 이 연소에 대한 정의를 내림으로써 “불이 무엇인가?”를 알 수 있다. 일반적으로 연소는 어떤 물질이 산소와 화합하는 반응중에 열이 발생하여 온도가 상승하고 그 결과 “강한 열과 빛을 동반한 산화반응현상” 이라고 할 수 있다.

불(연소)의 3요소

불은 연료(가연물), 열(점화원), 산소 등 3가지 조건이 갖추어 져야만 불의 발생이 가능한 것이다. 그래서 우리는 이 3가지를 “불의 3요소”라 부른다. 다시 말해서 불이 일어나기 위해서는 불의 3요소 중 한 가지라도 없으면 불은 일어나지 않는다. 연료(가연물) 연료란 불에 탈 수 있는 물건을 말하며 이는 고체, 액체, 기체연료의 3가지로 구분된다. 연료(가연물)- 고체연료, 액체연료, 기체연료 고체연료 연탄, 나무, 종이, 옷, 고무, 플라스틱 등 액체연료 석유, 휘발유, 알콜, 방커C유 등 기체연료 프로판가스, 메탄가스, 부탄가스 등

열(점화원) 물질이 타서 불붙기 위해서는 반드시 열이 있어야 하는데, 이 열은 높은 열이어야 하며 그 양도 적당히 있어야 한다.

예를 들어, 성냥불의 불꽃은 보통 가연물에 불을 붙이기에는 충분한 온도를 가졌으나 그 양이 적은 까닭에 통나무와 같은 큰 부피의 물체를 태울 수는 없다.

그러나 수천 개비의 성냥불을 동시에 가져다 댄다면 그 양이 많기 때문에 통나무를 능히 태울 수 있다.

산소(공기) 물질이 열을 받아서 타려면 산소가 있어야 하며 산소가 없으면 불이 일어 나지 않는다.

우리가 호흡할 때 들이 마시는 공기 중의 약 21%는 산소이며 연소하기 위해서 필요로 하는 산소의 양은 가연물질의 종류에 따라 서로 다르다.

대부분의 액체는 공기중 산소 함량이 15% 이하로 줄어들면 불붙기 어려우며, 고체의 경우에는 6% 이하로 줄어들지 않으면 불은 계속 붙거나 그을면서 탄다.

화재의 분류

보통 화재(일반 화재): A급 화재 목재, 섬유류, 종이, 나무 플라스틱처럼 다 타고 난 이후에 재를 남기는 화재를 말하며 이런 화재를 일반화재 또는 보통화재라 한다.

유류화재: B급 화재 휘발유 또는 석유와 같이 불에 타기 쉬운 가연성 액체는 프로판 가스와 같은 가연성 가스 류 화재 또는 가스 화재라 한다.

전기 화재: C급 화재 변압기, 전기다리미, 두꺼비집 등 전기기구에 전기가 통하고 있는 기계나 기구 등에서 발생하는 화재를 말한다.

금속 화재: D급 화재 마그네슘, 티타늄, 지르코늄, 나트륨, 칼륨 등의 가연성 금속 등에서 발생하는 화재를 말한다.

불의 성장과 확산

앞에서 불의 원리에서 말한 바와 같이 일단 불이 나면 불은 외부 공기로부터 산소를 공급받아서 불꽃으로부터 되돌아온 열에 의해 재점화, 확산하여 다른 가연물질을 태우면서 확대해 나가는데 이러한 확대 현상은 직접 물질이 화염에 접촉하면서 진행하는 것이 대부분이나 일부열의 이동이나 불꽃(불티)이 날아가는 현상(비산), 이 두 가지 물리적인 상태가 단독 또는 중복해서 불이 진행하게 된다. 이 중에서 특히 열의 이동에 의해서 확대되는 경우에는 전도, 대류, 복사의 사의 세 가지 작용에 의하여 진행된다. 전도 열이 물질속으로 전해져 가는 현상으로 온도가 높은 쪽에서 낮은쪽으로 이동하는 성질을 말하며 일반적으로 고체는 기체보다 열이 잘 전달된다. 예를 들면 철사 끝을 불로 가열하면 얼마 후 다른 한쪽까지 뜨거워지는 현상을 말한다.

대류 액체나 기체와 같이 유체의 일부가 가열되면 그 부분이 팽창되어 밀도가 적어져 위로 올라가고 그곳에 온도가 낮은 부분의 유체가 흘러 들어간다. 이것은 가열된 공기의 움직임에 의한 열의 이동이라 할 수 있으며 방안에 난로를 피웠을 때 따뜻한 공기는 가벼워서 위로 올라가고 찬공기는 아래로 내려오는 현상이 반복되어 실내가 따뜻하게 되는 현상이 그 예라 할 수 있다.

복사 고열체로부터 저열체로의 열의 이동이 전도나 대류와는 달리 중간의 매개물 없이 직접 열이 이동하는 현상으로 태양열이 지상의 물체를 따뜻하게 해주는 현상이 대표적인 예다.

소화의 원리

연소의 3(4)요소 및 소화의 원리

연소는 물질이 산소와 급격한 화학반응을 일으켜 열과 빛을 내는 강력한 산화반응 현상이며 연료(가연물), 산소(공기), 점화원(발화원) 등 세 가지 요소가 동시에 있어야만 연소가 이루어질 수 있어 이를 ‘연소의 3요소’라고 한다.

불이 연속적으로 타오를 수 있는 요소로서 지속적인 점화와 연소를 연결시켜주는 ‘연쇄반응’을 추가하면 이때에는 ‘연소의 4요소’ 또는 ‘연소 사면체’라고 부른다.

연소의 3(4) 요소 및 소화의 원리

연소/화재/폭발 개념

연소, 화재, 폭발(연소 폭발) 폭발(연소 폭발)은 모두 산화반응이다. 산화반응이란 산소가 아닌 분자가 산소와 화학적으로 결합하는 것을 말한다. 예를 들어 철이 녹이 나는 것, 또는 종이가 누렇게 변색이 되는 것 등도 산화반응의 일종인데 이들은 산화반응이 천천히 일어나는 것이고 연소는 본질적으로 산화라는 측면은 같지만 빠른 속도로 진행되어 빛과 열을 발생한다는 점이 다르다.

즉 연소라는 것은 “에너지 방출속도가 느린 빛과 열을 수반하는 급격한 산화반응”으로 정의된다.

이것보다 더 반응이 빨라지면 빛과 열뿐만 아니라 압력까지 발생하는데 이를 폭발이라고 부른다. 예를 들어 누출된 가스가 연소범위 내로 적절히 혼합되어 있을 때 점화원이 주어진다면 이러한 연소 폭발이 일어난다.

즉 폭발이라는 것은 “에너지 방출속도가 빠른 압력을 수반하는 급격한 연소반응”으로 정의할 수 있다.

철이 녹스는 것은 고체 표면의 산화반응이고 연소반응에 의해 눈으로 관찰되는 불꽃과 화염은 기체의 산화반응이기 때문에 나타나는 모습은 전혀 다르다. 즉 이러한 차이는 산화되는 물질의 상(phase)이 다르기 때문에 나타나는 모습이다.

이와 연관되어 ‘가스(기체)와 분진(고체)은 있는데, 액체에 해당하는 방폭은 왜 없을까?’라는 이해가 필요하다. 액체는 액체 그 자체가 아닌 주로 증기(Vapour)의 형태로 가스와 함께 다룬다. 이때에 사용되는 것이 바로 인화점(flash point)이라는 개념이고, 액체는 온도가 올라감에 따라 기체로 증발되는 부분이 있고 이를 증기라고 한다. 가연성 액체에 화염을 접근시켰을 경우에 연소가 일어나기 위해서는 충분한 만큼의 증기가 있어야 하는데, 그 필요한 만큼의 증기를 발생시킬 수 있는 최저온도를 인화점이라고 한다. 방폭에서 기준이 되는 인화점은 37.8 도로, 인화점이 37.8℃보다 낮다면 가연성 액체(Flammable Liquid)라고 하고, 37.8℃ 보다 높으면 인화성 액체(Combustible Liquid)라고 한다.

다음의 연소 형태에 대한 개념도를 참조하기 바란다.

연소 형태에 대한 개념도

반면에 “화재”란 사람의 의도에 반하거나 고의에 의해 발생하는 연소현상으로서 소화시설 등을 사용하여 소화할 필요가 있는 현상을 말한다. 또한 미국 USFA, National Fire Incident Reporting System 실무서에서는 파괴적이고 통제되지 않는(destructive and uncontrolled) 가연성 고체·액체·기체의 연소(burning)를 말하며 폭발을 포함한다.

연소 3(4) 요소 및 소화 원리

연소는 물질이 산소와 급격한 화학반응을 일으켜 열과 빛을 내는 강력한 산화반응 현상이며 연료(가연물), 산소(공기), 점화원(발화원) 등 세 가지 요소가 동시에 있어야만 연소가 이루어질 수 있어 이를 ‘연소의 3요소’라고 한다.

연소현상은 상징적으로 삼각형을 그려 표현하기도 한다. 즉 세 변(요소) 중(요소) 한 변(요소)이라도 없으면 삼각형(연소)이 만들어지지 않는다.

물질에 따라서는 산소가 없어도 연소가 일어나는데 이때에는 가연물 자체에 산소가 포함되어 있기 때문이다.

연소의 3요소는 연소가 되기 위한 기본적인 조건이며, 연소가 지속되기 위해서는 계속하여 충분한 열과 가연물이 공급되어야 한다. 즉, 외부로부터 에너지를 가하지 않아도 자체적으로 반복하여 열과 가연물을 공급하는 연쇄반응이 필요하다. 불이 연속적으로 타오를 수 있는 요소로서 지속적인 점화와 연소를 연결시켜주는 ‘연쇄반응’을 추가하면 이때에는 ‘연소의 4요소’ 또는 ‘연소 사면체’‘연소 사면체’라고 부른다.

즉 ‘연소의 4요소’는 불이 날 수 있는 조건과 불을 끄기 위한 원리를 제시하고 있다.

소화 원리는 연소의 반대 개념으로 연소의 4요소를 적정하게 통제 또는 차단함으로써 이루어진다. 실제 상황에서는 다음에 열거하는 소화 원리가 하나 또는 둘 이상이 일어나서 소화작업이 이루어진다.

다음의 Fire Triangle 그림을 참조하여 이해에 도움을 받기 바란다.

연소 3요소(Fire triangle)

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11. 연소란? (1) (연소의 3요소, 4요소)

지난 포스팅에선 폭발한계란

무엇인지에 대해 간략하게 알아보았다.

http://nefing.com/c/41029652

http://nefing.com/c/41029652

링크

http://nefing.com/c/41029652

지난 포스팅에선 폭발위험장소에 대해 알아보았다. 링크 : https://ysbusy.tistory.com/39 09. 폭발위험장소의 구분 – (1) 폭발위험장소란? 지난 포스팅에선 MESG & IEC 가스그룹이 무엇인지 알아보았다. 링크

이번 포스팅에선 연소란 무엇인지에 대해서 알아보고,

연소를 위해 필요한 연소의 3요소, 4요소에 대해 알아보려 한다.

A. 연소의 정의

– 연소란 연소 대상 물질이 산소와 급격하게 결합하면서

다량의 열과 빛을 발하는 현상을 말한다.

– 더 상세하게 설명하면, 물질이 산소와 급격하게 결합하면서

원자, 분자들은 운동한다. 그에 따라 원자, 분자의 운동에너지가 증가하며,

그 운동에너지는 열을 발생시킨다.

이렇게 발생한 열이 크다면 빛이 발생하게 되며, 이것이 연소이다.

B. 연소의 특징

B-1. 연소 후 연소 대상 물질과 산소의 결합으로 새로운 물질이 만들어진다.

보통 ‘물’, ‘이산화탄소’ 또는 ‘산화~~’가 생성된다.

Ex 1) CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O

Ex 2) 2Mg + O2 -> 2MgO

B-2. 연소는 물질이 산소와 결합하여 새로운 물질이 생겨나게 하므로,

연소는 화학적 변화의 하나라고 할 수 있다.

B-3. 연소 가능한 물질(=가연성물질)이 존재하는 반면,

연소 불가능한 물질(불연성) 또한 존재한다.

연소 (Combustion) 정의 및 개념 Part.1(연소의 3요소)

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연소(Combustion) 정의 및 개념 Part.1

연소현상의 자세한 성질은 아직도 발견되지 않은 부분이 많다. 그 이유는 연소라는 현상이 많은 기초 현상의 조합으로 만들어진 것이며, 연료의 종류나 연소 방법에 의해서도 그 연소과정을 지배하는 인자가 다르기 때문이다. 연소의 기본적인 형태는 단독 형태가 아닌 복합적으로 공존하는 경우가 많다.

연소란 발열을 수반하는 화학반응으로 이로 인해 발생한 열에너지나 활성화된 화학물질에 의해 반응이 자발적으로 지속되는 현상이며, 산업에서 연소의 개념은 가연성 물질이 공기 중의 산소와 반응하여 빛과 열을 발생하는 산화반응 을 말한다. 그 외에 분자의 분해 반응(decomposition reaction 또는 dissociation reaction), 분자내부에서 반응이 진행되어 열에너지를 발생시키는 발열 분해 반응, 수소-브롬간의 산화환원 등 특수한 연소반응도 연소에 포함된다.

연소삼각형

연소가 제대로 이루어지기 위해서는 3가지 요소가 모두 포함되어야 한다. 3가지 요소란 가연물, 산소 공급원, 점화원으로 볼 수 있고, 연소가 연속적으로 진행될 수 있도록 하는 “연쇄반응”을 포함하면 연소의 4요소로 볼 수 있다. 따라서 하나의 변이라도 없으면 삼각형이 되지 않는 것처럼, 연소도 어느 하나의 요소라도 없다면 연소는 중단된다. 이런 연소의 특성은 화재가 발생할 경우 소화하는데 유용하게 이용된다.

예를 들면, 화재 발생 시 CO2소화설비나, 포소화설비 등이 작동할 경우 연소의 3요소 중 산소 공급원을 차단하는 질식소화 효과를 볼 수 있으며, 물을 뿌리는 것은 연소되는 물질의 온도를 더 낮게 만들어 냉각소화 겸 질식소화를 가능하게 한다.

Fig.1 연소의 3요소, 하나의 요소라도 없다면 연소는 발생하지 않는다.

연소의 3요소 특성

연소의 3가지 요소 중 각각의 특성을 보면 다음과 같다.

첫 번째, 가연물이란 연소하기 쉬운 물질을 말하며, 일상에서는 주로 연료를 생각하면 되겠다. 가연물로서의 조건은 다음과 같다.

1) 발열량이 클 것

2) 열전도율이 작을 것

3) 산소와 친화력이 좋을 것(산화되기 쉬울 것)

4) 표면적이 넓을 것

5) 활성화 에너지가 낮을 것

6) 수분함량이 낮을 것(건조도가 높을 것)

두 번째, 산소 공급원은 연소를 도와주거나 촉진시켜주는 조연성 물질로 공기, 자기 연소성 물질, 산화제(염소산 염류, 과산화물, 니트로글리세린, 니트로 셀룰로오스, 피크린산 등) 등이 있다. 따라서 연소되는 가연물 주위에 산소 공급원이 많을수록 연소는 더욱 강렬하게 진행된다.

예외적인 예로는 지르코늄 분말이 있다. 지르코늄 분말은 산소 공급원 없이 이산화탄소(CO2) 내에서 점화하는데, 이처럼 질소(N2), 이산화탄소(CO2) 등 산소 공급원이 없는 경우에도 연소하는 경우가 있다.

세 번째, 점화원은 가연물에 활성화 에너지를 주는 것으로 점화원의 종류에는 전기불꽃, 정전기, 단열 압축, 마찰 및 충격 불꽃 등이 있다. 산업안전 분야에서는 연소의 3요소 중 점화원 관리가 필수적인 분야이다. 산업 현장에서 사용하는 원재료가 가연물인 경우, 공기 중 산소를 제거하지 못하기 때문에 3요소 중 제거할 수 있는 것은 점화원 하나뿐이기 때문이다.

2020년 4월 29일 경기도 이천에서 발생한 물류센터 화재도 환기가 제대로 이루어지지 않는 지하에서 작업을 하며 발생한 화재로 추정된다. 우레탄 폼 작업을 하여 인화성 증기(가연물)가 작업장 내부에 차있는 동안 화기작업을 함으로 인해 점화원(용접 불꽃 또는 담배 등의 나화)에 의해 화재가 발생했을 것이다. 이와 같이 작은 불꽃 하나로 인해 화재 또는 폭발이 발생할 수 있으므로 점화원 관리는 매우 필수적이다.

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[소방학개론] 연소의 정의와 조건(3요소), 가연성 물질

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소방안전관리자 공부에 있어서 소방학개론은

소방에 대해 기초적인 지식을 알려주는 이론입니다.

불이 왜 나는지, 불이 어떻게 나는지, 또한 연소와 화재의 차이는 무엇인지,

불은 또 어떻게 끄는지 등…

소방에 있어 가장 기본적인 사항을 배울수 있는 만큼

기초를 확실하게 이해하시길 바랍니다.

1. 연소의 정의 : 가연물질이 산소와 반응하며 빛과 열을 발생하는 화학반응 2. 연소의 3요소 : 가연물, 산소공급원, 점화원 3. 연소의 4요소 : 가연물, 산소공급원, 점화원, 연쇄반응

* 가연성기체의 주성분은 수소(H2)가 비중이 크다

유증기 화재 뉴스

5. 가연성 물질 : 산소와 화학반응시 발열반응을 일으키는 물질 – 유기화합물 : 탄소, 수소, 질소 , 산소 등의 원자들로 화학결합된 물질 – 금속 : 마그네슘, 나트륨, 칼륨 6. 불연성 물질 : 산소와 화학반응을 하지 않거나 반응시 흡열반응을 일으키는 물질 – 불활성 기체 : 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr),크세논(Xe), 라돈(Rn) 등

7. 가연성 물질의 구비조건

– 산소와 친화력 크다 – 활성화에너지가 작다 – 열전도율이 작다 – 연소열이 크다 – 비표면적이 크다 – 건조도가 높다

**실험영상 – 연소

**실험영상 – 연소의 3요소

소방법규 예습

소방학개론 예습

소방설비 예습

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