Chapter 1-7. 세기성질(압력 : 토리첼리의 실험)

1. 토리첼리의 실험은 진공의 존재와 대기압의 실체를 증명하기 위해 실시한 실험이다.

• 이 실험을 통해 대기압이 수은을 밀어 올린다는 사실을 밝혀냈다.

2. 토리첼리의 실험 과정

• 한쪽 끝이 막힌 약 1m 길이의 유리관을 준비하고, 관이 가득 차도록 수은을 채운다.
• 관의 입구를 손가락 등으로 막은 채 뒤집어 수은이 담긴 접시 위에 세운다.
• 관을 세우면 일부 수은이 내려가면서, 관 속 수은 기둥의 높이가 약 76cm(760mm)에서 멈추게 된다.
• 관의 윗부분에는 아무것도 없는 빈 공간이 생기는데, 이를 토리첼리의 진공이라 부른다.

3. 수은 기둥이 76cm에서 멈추는 이유는 접시 표면의 수은에 작용하는 대기압이 관 속 수은 기둥의 무게와 평형을 이루기 때문이다.

• 대기압이 높아지면 수은 기둥의 높이도 높아지고, 낮아지면 낮아진다.
• 대기압이 낮은 산 꼭대기에서 토리첼리의 실험을 한다면 수은 기둥은 76cm 보다 낮아질 것이다.
• 수은기둥이 아니라 물기둥으로 토리첼리 실험을 했다면 약 10.33m 물기둥이 세워진다.(이는 수은의 밀도가 물의 밀도보다 13.5배 크기 때문이다)

4. 토리첼리는 수은 기둥의 높이가 날씨나 기압 변화에 따라 달라진다는 점을 발견하였다.

• 이를 바탕으로 최초의 기압계(수은 기압계, barometer)가 개발되었다.
• 760mmHg는 표준 대기압(1atm)으로 정의한다.

5. 이 실험은 진공의 존재를 과학적으로 증명했으며, 공기가 무게를 가진다는 사실을 밝혀냈다.

• 기존의 “자연은 진공을 싫어한다”는 학설을 뒤집고, 대기압 개념을 확립함

6. 압력은 단위면적당 누르는 힘이고 단위는 $N/m^2$ 이다.

• 거꾸로 세워진 수은기둥이 나타내는 압력[정지압력]은 $\boxed{P=\frac{F}{A}=\frac{mg}{A}=\frac{(\rho V)g}{A}=\rho gh}$ 이 된다.
  • 여기서 $\rho$: 밀도, V: 부피, g: 중력가속도, A: 면적