진공(Vacuum)이란?
"진공"이라는 용어는 일상에서 많이 들리는 표현 중 하나입니다. 생활 속에서는 이미 흔히 사용되고 있는 진공청소기뿐만 아니라 진공 포장, 진공 팩 등 다양한 형태로 자주 접할 수 있습니다. 또한, 이 용어는 과학이나 산업 분야에서도 광범위하게 활용되어 친숙한 개념으로 여겨집니다. 그러나 이런 흔한 용어에 대해 정확한 이해를 가지고 있는지 의문이 들 수 있습니다. 혹시 이 용어를 단순히 '비어진 상태' 정도로만 이해하고 있지는 않은지 살펴봐야 할 것입니다. 이번에는 진공에 대해 더 자세히 알아보도록 하겠습니다.
진공(Vacuum)의 역사
진공의 이해는 과거로 거슬러 올라가 그리스 시대에 시작되었습니다.
그리스 철학자들은 빈 공간과 거품에 관한 토론을 통해 진공에 대한 기초를 다졌습니다.
그들은 무엇이 진공인지, 빈 공간이 어떤 특성을 가지는지에 대한 논의를 통해 진공에 대한 첫 번째 이해를 형성했습니다. 17세기에는 이 이해가 현대적인 방향으로 발전하게 됩니다.
이때 토리첼리(토리체리)가 수은을 이용한 실험을 통해 진공의 성질을 밝혀냅니다. 그는 유리 튜브를 수은에 담고 그 튜브를 역순으로 놓으면서 공기의 무게로 인해 수은이 일정한 높이로 상승하는 현상을 관찰했습니다. 이로써 토리첼리는 공기의 무게가 진공에 영향을 미치는 것을 발견하였고, 이는 진공에 대한 새로운 시각을 제시했습니다.
(우리가 흔히 사용하는 진공도의 단위인 토르(Torr)는 토리첼리의 머릿글자를 딴 것이며, 대기압 상태를 표시하는 760Torr나 760㎜Hg,76㎝Hg 등도 모두 토리첼리의 실험에서 나타나는 수은주의 길이를 이용한 대기압의 표시인 것입니다.)
그리고 17세기 말에는 토리첼리의 제자인 파스칼과 푸이송에 의해 기압과 진공 사이의 관계를 설명하는 막강한 이론이 개발되었습니다. 이 이론은 기압이 고도에 따라 변화하고, 진공은 기압의 낮은 부분이라는 것을 규명하여 진공에 대한 이해를 한 단계 더 나아가게 했습니다.
이후 19세기에는 진공 관련 연구가 더욱 발전하였습니다. 1850년에는 진공 펌프의 개발로 완벽한 진공을 조금씩이나마 가까이 다가갈 수 있게 되었습니다. 또한, 막대한 양의 실험과 연구를 통해 진공의 이해는 현대 과학의 핵심이 되었습니다.
20세기에 들어서면서는 우주 공간이나 원자 이론에서도 진공의 개념이 중요한 역할을 하게 되었습니다. 현대 과학과 산업에는 진공에 대한 정교한 이해와 그 응용이 빼놓을 수 없는 중요한 부분으로 자리매김하게 되었습니다.
대기압과 진공압력
대기압이란?
공기는 어떤 물건이 존재하는 이상 질량이 있습니다. 지구상에는 질량이 있으면 중력에 의해서 끄는 힘이 발생하기 때문에, 대기도 중력에 의해서 끌어당길 수 있으며, 지표를 누르는 힘(무게)이 발생합니다.
이것을 대기압이라고 하며, 대기압은 단위면적당에 가해지는 대기의 무게에 의한 힘이라고 말할 수 있습니다.
대기압은 표고의 고저변화에 따라 변동하며, 기상변화에 따라서항상 변동하고 있습니다.
따라서, 게이지압력을 사용하는 경우에는 표고차, 기상조건에 따라서 대기압의 차이가 발생하기 때문에 같은 진공압력을 인가하더라도 표고차 및 기상조건에 따라서 게이지가 표시하는 값이 달라지게 됩니다. 이러한 이유 때문에 게이지압력의 수치는 표준대기압으로 환산한 보정치를 계산하고 있으며, 이 계산방법은 다음과 같습니다.
표준 대기압 환산법 (-kP a)= 1013.25(hPa) /측정장소의 기압(hPa) ×실제 도달진공도(-kPa)
진공발생기의 원리
▶진공발생기는 압축공기를 넣는 것에 의해서 진공을 발생하는장치입니다.
▶ 압축공기는 노즐에 의하여 좁혀졌다가 고속으로 방출되어 디퓨저로 유입됩니다. 유입된 압축공기가 고속분류(噴流)되는 경우에는 압력이 저하되고 진공이 발생하며 워크의 반송 시에 이용됩니다.
▶고속분류(噴流)로 인하여 높은 진공도를 얻을 수 있기 때문에노즐과 디퓨저라고 말하는 구조로 만들어지고, 이러한 것들의 형상과 치수의 차이에 따라서 도달진공도, 흡입유량, 소비유량이 결정됩니다.
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