토리첼리의 대기압 측정 실험과 수은주밀리미터

기압 (Atmospheric Pressure)

압력(Pressure)이라는 것은 단위 면적 당 수직으로 작용하는 힘을 말하는 것으로 단위는 당연히 N/㎠, N/㎡, Pa(파스칼) 등의 힘의 단위 나누기 면적이 됩니다. 그리고 기압이라는 것은 기호로 atm이라고 주로 쓰게 되는데, 지구의 해수면 부근에서 측정한 대기압이 기준이 되고, 대기의 압력을 말하죠. 이 기압을 다른 단위들로 나타내면 아래와 같습니다.

 

1 atm (1기압) = 101,325 Pa(파스칼) = 1.01325 bar = 760 mmHg = 14.639 psi(프사이) = 1.033227 kgf/㎠

 

참고로 Pa(파스칼)은 N/㎡이고, mmHg는 수은주밀리미터라고 읽습니다.

 

토리첼리의 대기압 측정 실험

17세기 이탈리아의 수학자이자 과학자였던 토리첼리(Evangelista Torricelli)는 아래와 같이 대기압을 측정하는 실험을 하였습니다. 우선 한쪽은 막혀 있는 실험관에 수은(Hg)을 가득 채우고 이 유리관을 수은이 가득 담긴 용기에 거꾸로 세웠는데요, 유리관 속을 채우고 있던 수은 기둥이 내려가게 되는데 용기에 있는 액체 수은의 표면으로부터 76cm (760mm) 높이에서 수은의 높이가 내려가다가 정지하는 것을 관찰하게 됩니다. 참고로 수은은 상압의 경우를 전제로 20℃ 부근의 상온에서 액체로 존재하는 유일한 금속이죠. 게다가 온도에 따른 팽창률 역시 큰 편에 속하기 때문에 온도계에도 많이 사용이 되었습니다.

 

또 하나 덧붙이자면, 대전의 득표율이 전체 선거의 바로미터가 된다는 등의 표현으로 뉴스에서도 꽤 자주 등장하는 단어가 바로미터인데, 척도나 지표의 의미로 현대에 많이 쓰이는 바로미터(barometer)라는 단어는 원래 대기압을 측정하는 기압계라는 뜻으로 토리첼리가 실험한 기압계(Mercury barometer)를 이미지로 보면 아래와 같습니다.

 

토리첼리의 수은 기압계 실험

 

대기압과 수은 기둥의 압력이 같기 때문에 생기는 현상으로, 대기압이 수은 기둥의 높이가 760mm일 때의 압력과 동일한 값을 가진다는 것을 알 수가 있습니다. 참고로 유리관의 단면 직경, 즉 굵기를 다르게 하거나 유리관을 기울이더라도 수은 기둥의 높이는 당연히 동일하게 측정이 됩니다.