단위와 차원 L7 에 대해서 이야기 한 것처럼 물리는 단위가 아주 중요합니다. 1 = 1000 은 틀린 것이지만, 1km = 1000m 는 맞는 말이됩니다. 단위를 쓰고 안 쓰고 에 따라 큰 차이를 만들어 냅니다. 기본적인 단위 이야기를 앞에서 말씀드렸던 바 있구요. 오늘은 압력의 단위에 대해 이야기 합니다.
> 압력에 대해서는 여러부분에서 설명 드렸습니다. 파스칼의원리 L3 , (정지된) 유체의 압력 L3 압력을 ‘힘 나누기 면적’이라고만 알고 있는 분들은 반드시 읽어 보시길 권해드립니다.
압력의 단위는 아주 다양합니다.
압력에서 사용되는 단위는 아주 다채롭습니다. 압력을 다루는 분야가 많아서 그런지 통일되어 쓰여지지 않고 여러가지가 쓰입니다.
atm (기압) : 지표면에서 공기가 누르는 압력을 1atm(1기압)이라고 합니다. 화학시간에 썼던 걸로 기억합니다. 1기압을 기준으로 다른 단위들을 살펴 보겠습니다.
1기압이 되면 물 10m 가 누르는 압력과 같다는 말을 들어 본적이 있을 것입니다.
잠수부가 50m 물 밑으로 들어가면 5기압의 추가 압력을 받게 된다는 뜻입니다. 면적이 10cm X 10cm 인 곳이라면 10cm 높이가 되면 1liter, 그러니까 10m는 1000cm 이니까, 10cm X 10cm 면적위에 물 100liter의 무게에 해당하는 압력이 됩니다. 물 1liter는 약 1kg 인 것은 아시죠? 그러니까, 10cm X 10cm 에 약 100kgf 의 힘을 가하는 것과 같은 압력이 1기압입니다.
(1 kgf 는 1kg이 누르는 힘입니다. 중력가속도 10m/s^2 이라고 하면 10N(뉴턴)이 됩니다. 예전에 물리를 배우신 분은 ‘kg중’이란 용어로 배웠을 겁니다. 요즘 교과서에는 그런 표현을 안쓰네요. )
kgf/cm^2 : 1기압은 ~100kgf / 100cm^2 = 1kgf/cm^2 에 해당하는 압력이 됩니다. 이 단위는 고압의 가스에서 레귤레이터라는 압력 조정장치를 보면 볼 수 있는 단위 입니다. 공학기압(at)라고도 하나 본데 제가 공대 출신이 아니라서 이런 용어를 써본 적이 없습니다.
mmHg : 1 기압은 물 10m 즉 10m = 1000cm = 10000mm 높이에 해당한다면 수은(Hg) 로 환산하면 얼마의 높이에 해당할까요? 수은의 밀도가 물보다 대략 13배 이기에, 760mm 정도에 해당합니다. 그래서, 1기압을 약 760mmHg 라고 표현합니다. 공기의 압력을 배울 때, 수은 기둥의 높이가 ~~~ 하는 문제들이 바로 이걸 이야기 합니다. 수은 기둥의 높이로 압력을 표현합니다. mm 란 높이, Hg는 수은의 의미를 가지고 있는 거죠. 물 10m 실험하기 어려우니까 옛날에 수은으로 실험했었나 봅니다. (정지된) 유체의 압력 L3 참조 (실험했던 사람들의 건강이 염려됩니다. 뒷이야기가 궁금합니다.)
mmH2O : 어느 분야에서 쓰는지는 모르겠지만 인터넷 돌아다니다 보닌 보이더군요. 이것은 위와 똑같은 방식의 표현입니다. 즉 물(H2O )기둥의 높이로 압력을 표현하자는 것입니다. 1기압은 10000mmH2O 가 될 것이빈다.
Torr : 이 단위는 진공하는 사람들이 잘 쓰는 단위입니다. mmHg 와 값이 같습니다. 기압에 대해 연구한 것으로 유명한 토리첼리 이름에서 왔다고 하네요. 위키피디아
mbar : 아주 예전에는 날씨에 기압이야기가 나오면서 쓰던 단위입니다. 그 땐 1기압이 1013mbar 라고 외었는데… 1.013bar 니까 거의 1기압과 같은 값이 됩니다. 그러니까, 기상하시는 분이 애용했나 봅니다.
(m 은 1000분의 1을 나타내는 접두어입니다. 밀리라고 읽습니다. mm는 밀리미터라고 읽고, m(미터)의 1000분의 1입니다. mbar 는 bar 의 1000분의 1입니다.)
그런데, 지금은 다른 단위를 쓰지요. 그건 세계 표준 단위가 있기 때문입니다. 우리나라에서는 미터법을 기본으로 하는 표준단위를 쓰지 않으면 법적인 제재를 받도록 해두었습니다. 진시황이 했던 중요한 일 중 하나인 도량형의 통일처럼 국가의 일 뿐만 아니라 개인간 거래의 신뢰를 위해서라도 통일된 표준의 단위를 쓰는 것은 중요한 일입니다. 그래서, 법으로 규제를 하는 것이 나쁜 일은 아니라고 생각합니다. 뿐만 아니라 전 세계적으로도 통일된 단위를 쓰는 게 바람직하다고 생각합니다. 그런데, 아직도 국제적 표준을 거부하는 어떤 나라에서는 자기네들의 단위를 통해서 압력을 표현합니다.
psi : pound per squre inch 의 p , s , i 를 따왔습니다. 약 14.7 psi 가 1 기압에 해당합니다. 그 나라에서 사온 물건들에 가끔 이런 단위가 붙어 있는 것을 볼 수 있습니다. 자동차 타이어 공기압에서도 이런 단위를 쓰는 것을 본 적이 있습니다.
하지만, 국제적 표준은 SI 라는 미터법을 바탕으로 한 단위입니다.
Pa (파스칼) : 압력을 표시하는 국제적 표준 방법입니다. 물리 교과서에서 볼 수 있는 압력 표현 단위입니다. 1N 의 힘이 1m X 1m 의 면적에 미칠 때 해당하는 압력을 1Pa(파스칼) 이라고 합니다. 이 값은 1Pa일 때의 값이 너무 작은 편입니다. 1기압은 약 1kgf/cm^2 라고 했으니 대략 10N/cm^2 이 되고,이 값은 100000N/m^2 과 같습니다. 즉, 100000Pa 이됩니다. 0 가 몇개인지도 헷갈리지요. 100 kPa 이라고 하면 0 의 갯수를 줄일 수 있겠네요.
기상 분야 쪽 분들은 1000mbar( = 1bar )를 국제표준으로 쓰면 1000 00 Pa 이 되어 예전에 사용하던 숫자와 많이 달라지니까 1000 x 100 Pa = 1000 hPa (헥토파스칼) 이란 단위를 쓰게 된 것으로 추정됩니다. h (헥토) 는 100 배를 나타내는 단위 접두어입니다. ( k 가 1000배, M 가 100만배, c 는 1/100 배, m 은 1/1000배 ) 숫자를 그대로 쓸 수 있게 mbar 와 똑같은 국제 표준 단위를 찾다 보니 hPa(헥토파스칼) 이란 낯선 용어를 쓰는 것 같습니다. 우리는 주로 태풍이 불 때쯤 듣게 됩니다.
( mbar 를 mmbar 로 잘못 쓴 곳이 하나 있어 수정했습니다. 그런데, 오타 때문에 mmbar 로 검색하시는 분이 방문해 주시더군요.. mmHg 에서는 mm(수은 기둥의 높이, 밀리미터) , mbar 는 m (1/1000, 밀리) 입니다. )
압력이야기하다 생각난 잡다한 이야기
* 이상 기체 상태 방정식에서 사용하는 기체상수 R 이 화학시간과 물리시간에 값이 달라 많이 당황해 하셨죠? 압력의 단위는 분야 마다 아주 많이 다양하게 다릅니다. 그러니까, 숫자만 보지 마시고 꼭 단위를 보세요. 수학이 아닌 과학에서는 단위가 아주 아주 아주 아주 아주 중요합니다.
* 아직도 국제 표준을 쓰지 않는 그 나라는 단위를 잘 못 써서 계산하는 바람에 인공위성 한대를 그대로 날려 먹었다는 뉴스가 있습니다. 단위, 아주 아주 아주 아주 아주 중요합니다.
* 태풍이 온다고 하면 바다물이 높아진다고 합니다. 기압이 950hPa 이라고 하면 1000hPa 의 5% 가 더 낮습니다. 평소 보다 대략 5% 가 압력이 낮으면 물 높이가 올라갈겁니다. 10m 의 5% 니까 0.5m 가 높아질겁니다. 태풍의 눈 주위에는 바다물 높이가 0.5m 가 높아지겠지만, 파도가 많이 쳐서 알아 볼 수는 없겠죠…
* 단위 변환
앞의 설명은 개념 이해를 위해 대략적 값을 썻지만, 정확한 값을 필요로 하는 분은 아래 표를 참조하세요. 위키에서 가져왔습니다.
| 파스칼 (Pa)[1] |
바 (bar) |
공학 기압 (at) |
기압 (atm) |
토르 (Torr) |
제곱 인치 당 파운드 (psi) |
|
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 Pa | ≡ 1 N/m2 | 10−5 | 1.0197×10−5 | 9.8692×10−6 | 7.5006×10−3 | 145.04×10−6 |
| 1 bar | 100,000 | ≡ 106 dyn/cm2 | 1.0197 | 0.98692 | 750.06 | 14.504 |
| 1 at | 98,066.5 | 0.980665 | ≡ 1 kgf/cm2 | 0.96784 | 735.56 | 14.223 |
| 1 atm | 101,325 | 1.01325 | 1.0332 | ≡ 1 atm | 760 | 14.696 |
| 1 Torr | 133.322 | 1.3332×10−3 | 1.3595×10−3 | 1.3158×10−3 | ≡ 1 Torr; ≈ 1 mmHg | 19.337×10−3 |
| 1 psi | 6,894.76 | 68.948×10−3 | 70.307×10−3 | 68.046×10−3 | 51.715 | ≡ 1 lbf/in2 |
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