화학 II(3)

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 이전 글^[각주:1]에서 토리첼리의 기체 압력 측정 방법의 기본적인 원리를 알아보았다. 본문에서는 이를 이용하여 기체의 압력을 측정하는 방법에 대해 알아볼 것이다.

기체의 압력 측정

 토리첼리가 사용한 수은 기둥^[각주:2]을 이용하여 기체의 압력을 어떻게 측정할 수 있을까? 먼저 우리는 1atm=760mmHg임을 알고 있다. 또한 아래의 그림처럼 압력 차이로 인해 생기는 수은주의 높이 차이가 곧 기체의 압력을 측정하는데 사용할 수 있음을 알고 있다.

토리첼리의 기압 측정. 기압은 변하지 않았으며, 수은주에 의한 압력이 감소하면서 두 힘 간의 평형을 이뤄 기압을 측정한다.

우리는 이러한 수은주의 높이 차이를 이용하여 기체의 압력을 측정할 것이다. 그림을 보며 알아보자.

유리관 내부의 기압이 외부 기압과 같은 경우

유리관 내부와 외부의 기압이 같을 경우, 수은주의 높이차는 0이다.

 그림에서 볼 수 있듯이 내부와 외부의 압력이 평형을 이루게 되므로 수은주의 높이 차이는 0이 된다.

유리관 내부의 기압이 외부 기압과 다른 경우

유리관 내부와 외부의 기압이 다를 경우, 수은주에 높이 차이가 생긴다.

 내부의 기압과 외부의 기압이 다르면 두 힘의 평형을 맞춰주기 위해 수은주의 높이가 달라지며 그림과 같이 압력이 더 높은 곳에 힘을 가해준다. 그림을 보면 (높은 기압)=(낮은 기압)+(수은주의 압력)이 되고, 수은주의 압력은 1atm=760mmHg임을 이용하여 비례식을 세워 구할 수 있다.

예시

 유리관에 He 가스를 넣은 뒤, 수은을 넣었더니 그림과 같이 수은주의 높이차가 38cmHg가 되었다. 이때, 유리관 내부의 He 가스의 압력 P의 값을 구해보자.

 먼저 P+(수은주의 압력)=1atm이므로 P=1atm-(수은주의 압력)이다. 또 수은주의 높이차가 38cmHg이므로 단위환산을 통해 atm 단위로 바꿔주면 \( 38\mathrm{cmHg} = 38\mathrm{cmHg} \times \frac{ 10\mathrm{mmHg} }{ 1\mathrm{cmHg} } \times \frac{ 1atm }{ 760\mathrm{mmHg} } = \frac{ 1 }{ 2 } \mathrm{atm} = 0.5\mathrm{atm} \)이다. 따라서 수은주의 압력은 0.5atm이므로 구하는 헬륨 가스의 압력 P의 값은 1atm-0.5atm=0.5atm이다.

 

 

 

과학은 잘 정리된 지식이다.

지혜는 잘 정리된 인생이다.

-칸트

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1. [과학/고등학생을 위한 과학] - 화학 II(2) [본문으로]
2. 이하 수은주 [본문으로]