진공을 물리적으로 표현해 보자

 앞에서 말한 진공이 의미하는 물리적 단위들을 살펴보도록 하자. 대기압은 1기압 이며, 이것을 토르(torr)로 표기하면 760torr 가 된다. 토리첼리의 실험에서 수은의 높이가 76cm 였음을 상기하자. 또, 1기압을 파스칼(Pa)로 표현하면 101,325Pa 이다. 그러므로 1토르와 1파스칼의 관계를 표현하면 이렇게 된다.  

 760 torr = 101,325 Pa 

 1 torr = 133.322 Pa

   경우에 따라 1 torr 를 1mmHg 로 표현하기도 하는데, 우리는 Hg 가 수은의 원소기호라는 것을 알고있다. 즉, 수은주의 압력을 mm 단위로 표현했을 뿐이다. 

  그렇다면, 압력이란 뭘까? 간단하게 한마디로 표현하자면 일정한 면적에 가해지는 힘의 크기이다. 이것은 컴퓨터를 사용할 때 손가락으로 마우스나 키보드를 누르는 힘이 될 수도 있고, 축구공을 찰 때 발끝에서부터 공에 가해지는 힘이 될 수도 있고, 투수가 던진 야구공을 타자가 배트로 치는 순간 배트에 가해지는 힘이 될 수도 있으며, 샤워를 할 때 몸 위로 뿜어져 나오는 물의 힘이 될 수도 있다. 그러나 우리는 처음부터 진공에 관하여 이야기를 하고 있기 때문에 공기, 즉 기체분자를 예로 들어 설명해보자. 어느 밀폐된 용기내에 기체분자들이 담겨 있다고 하면 기체분자들은 계속 이동하며 운동을 하게 되고, 용기 벽에 끊임없이 충돌하게 된다. 이때 기체 분자들의 충돌로 인해 용기 벽에 힘이 가해지게 되는데, 이 힘이 바로 압력이라 할 수 있고, 이것을 Pa 라는 단위기호로 나타낼 수 있다. 그리고 우리는 항상 대기압(1기압)이라는 압력을 온몸에 받으며 생활하고 있는 것이다.

   Pa이 의미하는 압력이란 결국 '힘'을 의미하고 있는데, 그래서 Pa을 다른 여러 단위로도 바꿔놓을 수가 있다. 1Pa의 의미를 말로 풀어 설명을 한다면 어느 물체 1제곱 미터의 면적에 1뉴턴(N)의 힘이 가해질 때 물체가 받는 압력이다. 이것을 간단하게 기호로 표현한다면 1N/m² 이 된다. 우리는 다시 여기서 뉴턴(N)이란 기호가 가지는 의미가 무엇인지도 생각해야 한다. 영국의 천재 물리학자인 아이작 뉴턴(Isaac Newton, 1642~1727)의 이름에서 따온 뉴턴(N)이란 기호의 의미는 1kg의 질량을 갖는 물체를 1m/s² 만큼 가속시키는 데에 필요한 힘이다. 하지만 이렇게 굳이 길게 설명할 필요가 없고 간단히 1kg·m/s² 라 표기할 수도 있다. 

1N = 1kg·m/s²

결국, 1Pa 를 각각의 여러 표현으로 나타내면 이렇게 된다.

  1 Pa = 1 N/m² = 1 (kg·m/s²)/m² = 1 kg/m·s²

   파스칼(Pa)의 단위는 대기압의 존재에서부터 시작이 되었지만, 굳이 기압이라는 기체에 국한되지 않는다는 것을 기억해야 한다. 사실 재료나 기계를 공부하는 사람에겐 매우 친숙한 단위기호가 된다. 응력, 인장강도 또는 탄성계수 등의 단위로 널리 사용되고 있으니까. 또한 기상학자에게 있어서도 더할 나위 없이 친숙하다. 우리는 매년 늦여름과 초가을에 몇 번의 태풍을 겪는데, 이때 일기예보에서 태풍의 힘을 나타내는데 헥토파스칼(hPa)이라고 표현하는 것을 볼 수 있다. 1hPa은 100Pa 을 나타내며, 이것은 기압의 단위로는 1mbar 를 의미한다. 
 

 

 

 

 

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자.. 그런데 질문이 없을수가 있을까. 뭐든 궁금하면 질문하는 습관을 들여보자.

단, 여기서는 내가 질문하고 내가 답해야 한다는게 우울하다 -_ -

 

 

 

 

 

질문 1 :

실험할 때 보면 Pa 보다 torr 를 많이 쓰는거 같은데요, 이유가 뭘까요?

 
내가 했지만 그럭저럭 좋은 질문입니다-_-..

파스칼은 압력을 나타내는 국제표준단위(SI) 인데, 실험실이나 산업체에서는 Pa 보다 torr 가 아직 많이 쓰이곤 합니다. 이것은 Pa 이 국제표준으로 정해지기 전부터 사람들이 써오던 단위이기 때문에 실생활에 더 깊이 침투해 있기 때문이죠.

 

 

질문 2 :

그런데 어느곳에선 Torr 라고 되어있고, 어느곳에서는 torr 라고 되어있기도 합니다. 첫글자 T가 대문자와 소문자 일 때 차이가 있을까요?

 실제 압력 단위는 torr 입니다. 그런데 이것을 기호로 나타낸 것이 Torr 입니다. 예로, 압력단위 pascal을 기호로 나타내면 Pa 라고 표현하는 것과 같은 겁니다. 그런데 왜 그냥 T 라고 하지 않았을까요. 그 이유는 이미 자기장 밀도인 Tesla도 T 라고 하고 있고, 온도인 Temperature 도 T 라고 하고있기 때문에 혼동을 피하기 위해서 그렇게 정했습니다. 그래서 millitorr를 약자 기호로 표기할땐 mtorr가 아니라 mTorr 라고 합니다.

...by 개날연..