압력의 정의와 측정: 대기압, 기압계, 압력계

기체는 항상 기체가 들어있는 용기의 모양과 부피를 가진다는 것을 상기해 봅시다. 현미경으로 보면, 기체는 서로 충돌하는 움직이는 입자와 용기의 벽으로 구성되어 있습니다. 벽에 충돌하는 매 입자는 충돌 부위에 작은 힘을 가합니다.

그러한 충돌이 많이 발생하여 생기는 힘이 압력이 됩니다. 기체 입자가 적을수록 충돌 횟수가 줄어들고 단위 면적당 힘이 작아지며, 따라서 압력이 작아집니다. 즉 압력은 주어진 부피 안의 입자 수, 또는 기체의 밀도에 정비례합니다.

여러 가지 다른 기체 원자와 분자의 혼합물인 공기는 지구 표면의 모든 곳에 압력을 가합니다. 이것이 대기압이며 기압계를 이용하여 측정합니다. 전통적인 기압계는 수은이 들어있는 접시에 수은을 채운 유리관을 거꾸로 세운 것입니다.

대기에 의해 가해지는 압력에 반응하여 수은주의 높이는 상승하거나 하강합니다. 높이를 측정하면 대기압을 측정할 수 있습니다. 해수면에서 대기압은 1 기압이며 이때 수은주의 높이는 760 밀리미터입니다.

높은 고도에서는 공기 밀도가 낮아져 수은주의 높이가 낮아지고 이것은 대기압이 낮음을 나타냅니다. 용기에 있는 기체의 압력은 압력계를 사용하여 측정합니다. 페쇄형 압력계는 수은이 채워진 U자관으로 구성됩니다.

한쪽 끝은 진공상태로 밀봉되고, 다른 쪽 끝은 기체 샘플로 채워진 용기에 연결됩니다. 기체 입자는 튜브의 한쪽 끝에서 수은주를 밀어내려 기체가 가하는 압력에 해당한 높이 차이를 만듭니다. 개방형 압력계에서는 한쪽 끝이 대기에 열려 있습니다.

이것은 대기압에 상대적인 기체 샘플의 압력을 측정합니다. 기체가 대기압보다 높은 압력을 가하면, 대기압에 높이 차이가 더해집니다. 이것은 기체 샘플의 압력이 됩니다.

반대로 대기가 기체 샘플보다 큰 압력을 가하면 대기압에서 높이 차이를 덜어 기체 압력을 얻습니다.