토리첼리의 기압실험￨수은 실험￨대기압 측정

토리첼리의 대기압 실험에 대한 이해

이 실험은 과학자 토리첼리가 수은을 이용해 대기압의 크기를 최초로 측정한 실험으로, 이는 기압을 측정하는 중요한 기초 실험 중 하나입니다.

대기압의 개념

대기압은 우리가 눈으로 볼 수 없지만, 주위에 있는 기체 입자들이 끊임없이 움직이며 우리를 누르는 힘입니다. 이러한 보이지 않는 대기압을 측정하기 위해 수은이라는 물질이 사용되었습니다. 수은은 금속이지만 상온에서 액체 상태로 존재하는 독특한 특성을 가지고 있습니다.

실험 과정

1. 준비: 약 1m 길이의 긴 유리관에 수은을 가득 채워 공기가 들어가지 않도록 합니다.
2. 설치: 수조에 수은을 채우고, 유리관의 한쪽 끝을 막은 후, 수조 안에 거꾸로 세웁니다.
3. 결과 예측: 많은 사람들은 유리관 속의 수은이 모두 흘러내릴 것이라 생각하지만, 실제로는 수은 기둥이 76cm 높이에서 멈춥니다.

결과 해석

76cm 높이에서 수은 기둥이 더 이상 내려가지 않는 이유는 대기압 때문입니다. 대기압은 수조에 담긴 수은의 표면을 누르면서 그 힘이 유리관 속의 수은을 위로 들어 올립니다. 따라서 수은 기둥이 76cm에서 멈추는 것은 대기압의 크기가 수은 기둥이 누르는 힘과 같아지기 때문입니다.

대기압의 측정

수은 기둥이 76cm 높이에서 멈추는 것은 대기압과 같은 힘을 나타내며, 이를 76cm Hg로 표현합니다. 이는 76cm의 수은 기둥이 누르는 힘이 대기압과 같다는 것을 의미합니다. 만약 높은 산에서 이 실험을 수행한다면, 대기압이 낮아져 수은 기둥의 높이도 줄어들 것입니다.

 

심화 내용: 다른 액체 사용과 유리관의 변화

다른 액체 사용: 수은 대신 물을 사용한다면, 물의 밀도가 수은의 밀도보다 10배 작기 때문에, 같은 대기압을 측정하기 위해 물기둥의 높이가 10배 커져야 합니다. 즉, 수은 대신 물을 사용하면 약 10m 길이의 유리관이 필요합니다.