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번호 3
제목 압력이론
작성일자 2009-09-18
[압력에 대한 이론들]
 
부분압 - 달튼의 법칙(Dalton's Law)
공기는 질소와 산소를 포함한 여러 가지 기체로 구성이 되어 있다. 각 기체가 이런 혼합 기체 전체의 압력에서 차지하는 압력을 부분압이라 한다. 이때 혼합 기체 전체의 압력은 그 구성 기체 각각의 부분압의 합과 같게 된다. 즉 기체 전체의 압력이 증가하는 것과 같은 비율로 구성 기체의 부분압도 증가하는 것이다. 이 경우 혼합 기체 중의 각 기체의 부분압은 그 부피에 반비례하게 된다.
예를 들어, 일정한 부피의 공기는 수심 10m에서 2 대기압이 된다. 이때 1 대기압의 공기에서 0.79인 질소의 부분압은 1.58 대기압이 된다. 마찬가지로 산소의 부분압은 1 대기압에서 0.21이던 것이 혼합 기체가 2 대기압으로 되면서 함께 0.42 대기압으로 커지게 된다. 쉽게 말해 대기압의 변화와 부분압의 변화는 비례하는 것이다.
이 부분압에 대한 이해는 테크니컬 다이빙에서 산소 중독을 피하기 위한 제한 수심의 설정 등에 있어 대단히 중요하다.(수면에서 100% 순수 산소로 호흡하는 것과 5 대기압인 수심 40m에서 일반 공기로 숨을 쉬는 것은 같은 부분압의 산소를 의미한다.)

 


보일의 법칙(Boyle's Law)
보일은 압력이 증가하거나 감소하면, 기체의 부피는 그에 반비례하여 감소, 증가한다는 것을 밝혀낸 사람이다. 즉 압력이 높아지면 그에 반비례하여 부피는 줄어들고, 압력이 낮아지면 기체의 부피는 커지는 것이다. 이때의 압력은 절대압을 적용시킨다. 이를 공식으로 살펴보면 다음과 같다.
P 1 X V 1 = P 2 X V 2
(P 1 : 최초의 압력, V 1 : 최초의 부피, P 2 : 변화된 압력, V 2 : 변화된 부피)
예를 들어 절대압이 1인 수면에서 부피가 4리터인 풍선을 가지고 절대압이 2 대기압이 되는 수심 10m로 하강하면 풍선의 부피는 2리터, 절대압이 4 대기압이 되는 수심 30m로 내려가면 풍선은 1리터로 줄어드는 것이다. 이 원리는 공기색전증과 압착 등을 설명할 수 있는 근거가 된다.

 
샤를의 법칙(Charles' Law)
부피가 일정할 때 온도가 변화하면 그에 따라 압력도 변화한다. 이때의 온도는 절대 온도(섭씨 온도 + 273)를 의미하며, 절대 온도의 변화에 따라 압력도 비례하여 움직이게 되는 것이다. 공기통을 완전하게 충전시킨 직후의 압력과 시간이 지난 후의 압력에 차이가 발생하는 것은 바로 이 이유 때문으로, 뜨거운 장소에 오랫동안 충전된 공기통을 방치하지 않도록 해야 하는 것이다.

 


헨리의 법칙(Henry's Law)
헨리의 법칙은 일정한 온도에서 액체 속으로 녹아 들어가는 기체의 양은 그 기체의 부분압에 비례한다는 것이다. 기체가 액체 속으로 녹아서 들어가는 것은 압력과 가장 큰 상관 관계가 있어서 이 압력이 증가함에 따라, 즉 수중에서 깊이 잠수하여 들어감에 따라 점점 더 많은 양의 기체가 액체 속으로 녹아 들어가다.
압력이 높아짐에 따라 기체가 이렇게 액체 속으로 녹아 들어가는 과정은 액체 내의 기체 부분압이 액체 바깥의 기체 부분압과 같아지는 시점, 즉 포화 상태(Saturation)에 이를 때까지 지속이 된다. 포화된 이후 다시 압력이 낮아지기 시작하면 이번에는 거꾸로 액체 내에 용해되어 있던 기체가 바깥으로 빠져 나오는 과정이 시작되는 것이다. 헨리의 법칙은 감압병(Decompression Sickness)를 이해하는데 있어 가장 중요한 부분이 된다.

 
본 자료는 과거에 웹 서핑하다가 컴퓨터에 보관중이던 글입니다.
 
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