토리첼리의 기압 측정에 이해가 안가는 것?
토리첼리가 실험한 기압 측정에 대한 질문인데요. 대기압은 수은주가 760mm 이잖아요. 그런데 수은이 담긴 유리관을 기울여도 수은주는 왜 760mm일까요?
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
토리첼리의 실험에서 대기압을 측정하기 위해 사용된 수은주는 수직으로 세워진 유리관입니다. 수은주의 높이는 기압을 나타내는데, 기압은 주변의 대기압과 균형을 이룹니다.
수은 주입된 유리관은 수직으로 세워지면 수은이 중력에 의해 아래로 향하는 힘과 대기압에 의한 상쇄되는 힘이 균형을 이루게 됩니다. 이 상태에서 수은의 높이는 대기압을 나타내는 값으로 안정화됩니다.
만약 유리관을 기울인다면, 수은은 중력에 의해 경사면으로 흐르려고 할 것입니다. 그러나 수은은 여전히 액체로서 분자 간의 인력에 의해 서로 끌리기 때문에 경사면에 따라서 높이가 조절되어 균형을 유지하려 합니다. 결과적으로 수은주의 높이는 여전히 대기압을 나타내는 760mm로 유지됩니다.
토리첼리의 실험은 대기압을 측정하는데 사용되는 고전적인 실험 중 하나입니다. 실험 결과, 대기압은 수은주의 높이로 측정됩니다. 여기서 왜 수은주의 높이가 어떤 각도에서든 항상 760mm로 나타나는지에 대한 이유에 대해 설명해 드리겠습니다.
수은주는 수은으로 채워진 막무가내의 관입니다. 대기압은 수은주 내부에 작용하며, 이 압력은 수은주 내부와 외부 간의 평형에 영향을 미칩니다. 수은주의 상단과 하단 사이에는 수은을 포함한 공기가 채워져 있으며, 대기압은 이 두 곳 사이에서 작용합니다.
수은주를 기울이더라도 수은주 내부의 압력은 여전히 대기압과 같게 유지됩니다. 이것은 수은주 내부와 외부 사이의 압력이 같다는 파스칼의 법칙에 기반합니다. 파스칼의 법칙은 "폐쇄된 용기 내의 압력은 해당 용기의 모든 지점에서 동일하다"라는 원칙을 나타냅니다. 따라서 수은주 내부의 압력은 어떤 각도에서든 일정하며, 이로 인해 수은주의 높이도 항상 동일하게 유지됩니다.
결론적으로, 수은주는 파스칼의 법칙에 따라 수은주 내부와 외부의 압력이 항상 균형을 이루므로 수은주의 높이는 대기압이 항상 760mm로 나타납니다.
안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.
수은주를 기울인다면, 수은의 높이가 변하게 되지만, 여전히 수은과 대기압 사이에는 균형이 유지됩니다. 수은의 높이가 변하면서 수은과 대기압 사이의 압력 차이가 발생하게 되고, 이 압력 차이에 의해 수은은 새로운 높이에서 다시 균형을 이루게 됩니다. 따라서, 수은주를 기울여도 수은의 높이는 여전히 760mm로 유지됩니다.
안녕하세요. 박정철 과학전문가입니다.
토리첼리의 기압 측정은 이해하기 어려울 수 있습니다. 토리첼리(Torricelli)는 17세기에 수은 주입관을 사용하여 대기압을 측정하는 실험을 수행한 과학자입니다. 이 실험은 기압이 대기에 의해 생성되며, 액체의 높이로 나타낼 수 있다는 개념을 입증하는 데 중요한 역할을 했습니다. 토리첼리의 실험에서는 유리 관에 수은을 주입하고 한쪽 끝을 막아 밑부분에 열린 용기(수은 상자)를 배치합니다. 그러면 수은은 관 안에서 상승하며, 위쪽에서 대기와 접촉합니다. 이 때, 수은의 높이는 지상으로부터 일정한 거리까지 상승하게 됩니다. 수은의 높이가 어떻게 대기압과 관련되는지 설명하기 위해서는 압력과 밀도 개념을 이해해야 합니다. 대기압은 공기 분자들이 특정 면적에 가하는 힘이며, 밀도는 단위 부피당 입자의 개수를 의미합니다. 실험에서 유리 관 아래쪽 부분(열린 용기)과 윗부분(대기와 접촉) 사이에 압력 차가 발생합니다. 유리 관 아래쪽 부분에서 액체인 수은의 무게로 인해 압력이 크고, 윗부분에서는 대기압으로 인해 압력이 작습니다. 결국, 유리 관 안에서 평형인 경우, 수은 칼럼의 높이가 일정한 값을 가질 때까지 상승하게 됩니다. 이 때 칼럼의 높이가 나타내는 값은 바로 대기압입니다. 하지만 왜 정확히 760mm인지와 같은 세부적인 내용까지 이해하기 위해서는 액체와 기체의 성질, 다양한 변수 등 복잡한 공식과 원칙들을 파고들어야 합니다. 요약하면, 토리첼리의 기압 측정 방법 자체를 완전히 이해하는 것보다 중요한 것은 그 실험이 기반이 되어 현대적인 기압계 등 다양한 장치와 원칙들로 연결된다는 점입니다.
