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2021년 10월 24일 (일) 00:39 판
기압(Atmospheric Pressure, 氣壓)은 지구상에서 대기의 무게 때문에 생기는 압력을 뜻하며 대기압(大氣壓)이라고도 한다. 지구 이외의 다른 행성이 공기층을 가지고 있을 때 그 공기층의 무게 때문에 생기는 압력을 그 행성의 기압이라고도 한다. 기압은 해발고도에 따라 약해진다. 대기권에 존재하는 공기의 99%는 해발고도 30km 이하에 몰려 있으며 5,550m마다 기압이 반으로 줄어든다.[1][2][3][4]
개요
기압이 1,000km 높이로 쌓인 공기의 무게가 짓누르는 압력을 말한다. 낮은 곳은 그 위치에서 수직으로 볼 때 쌓여 있는 공기층의 무게가 적고 기압이 높은 곳은 반대로 그 위치에서 쌓여 있는 공기층의 무게가 많다. 공기는 대부분 질소와 산소로 이루어져 있고 이들 기체는 아주 작긴 하지만 무게를 가지고 있다. 공기는 무게를 가지고 있기 때문에 지표면에 있는 모든 물체를 누르는 힘이 있다. 우리는 수백 km의 두께를 가진 공기층 아래에 살고 있기 때문에 기압은 매우 크지만 기압과 같은 크기의 압력이 몸의 안쪽에서 바깥쪽으로 작용하기 때문에 실제로는 기압을 잘 느끼지 못한다. 지표면에서 고도가 높아질수록 그 지점에 쌓여 있는 공기층의 무게가 줄어들기 때문에 기압은 낮아진다. 평균적으로 해수면에서 1 cm² 넓이에서 수직으로 쌓여 있는 공기층의 질량은 약 1.03 kg이고, 무게로는 10.1 N이다. 따라서 이 넓이에 미치는 압력 즉 기압은 약 10.1 N/cm² 또는 101,000 N/m²이다.
기압의 단위로는 다양한 단위가 사용되어 왔는데 초기에는 mmHg와 Torr가 쓰였으나, 1946년 이후 통일된 기압의 단위로서 밀리바 mb를 사용하고 그리고 현재에는 hPa을 주로 쓰고 있다. 일상생활에서는 '기압'(standard atmosphere, atm)을 흔히 사용하며 atm이라고도 표기한다. 1 기압은 지구 해수면 근처에서 측정한 대기압을 기준으로 하며 국제단위계의 압력 단위로는 101,325 Pa이다. 그 밖의 단위로 1기압을 표현하자면 760 mmHg(Torr), 1.01325 bar, 1013.25 mbar, 14.69595 psi(pound per square inch) 등으로 표현된다. 1 Pa은 1 m²의 넓이에 1 N의 힘이 작용할 때의 압력으로 기압을 표현하기에는 크기가 너무 작아서 일기예보 등 기상학에서는 그 100배인 hPa(hectopascal)을 흔히 사용한다. 러시아에서는 특이하게 mmHg(수은주밀리미터)를 사용하고 있다. 러시아어로는 миллиметр ртутного столба, 줄여서 мм рт.ст.로 적는다.
기압이 낮은 고지대에서는 물의 끓는점이 낮아지므로 밥을 하거나 라면을 끓일 때 물은 끓는데 쌀이나 면이 잘 익지 않는 경우가 많다. 운항 중인 국제선 여객기의 기내 기압은 810hPa로, 이는 승객들이 한라산 백록담 정도(해발 6000ft) 높이에 머무르는 것과 유사하며 지상에서의 기압의 80% 수준이라고 한다. 이 정도 기압의 유지가 가능하게 해 주는 것이 바로 여압장치이다. 만일 지나치게 고압이 되면 동체가 이를 견디지 못 하고 폭발할 수 있으며 지나치게 저압이 되면 저산소성 저산소증에 걸릴 수 있다. 때문에 항상 적절한 수준으로 유지하기 위해 노력한다. 게다가 더 나아가 고/저기압 배치를 잘 활용한 항로는 여객기의 비행시간을 최대 10%까지 줄일 수 있다고 한다.
토리첼리의 실험
기압 측정은 이탈리아의 수학자이자 물리학자인 토리첼리(Evangelista Torricelli, 1608–1647)가 고안한 기압계로 1643년 다음과 같이 최초로 행해졌다. 수은조에 약 1 cm²의 단면적을 가진 1.2 m의 유리관을 세웠다. 그리고 그 높이를 매일 관측하였는데 관측할 때마다 수은주의 높이가 변화하는 것을 발견하였고 수은주의 높이가 약 760 mm까지 상승하였을 때의 공기가 누르는 힘(압력)을 1 기압이라고 한다. 이후 이 실험을 통해서 얻어진 760 mm의 수은(Hg) 기둥의 높이를 1 기압의 표준으로 삼았다. 참고로 수은의 비중은 13.6 정도이므로 1의 비중을 가진 물과 비교한다면 760 mm 수은의 무게가 주는 압력은 10여 미터 정도의 물기둥의 무게가 주는 압력과 동일하다. 이것은 우리가 일상적으로 받는 1 기압의 압력은 10 m 정도의 물기둥을 어깨에 이고 있는 상태에서 받는 압력과 매우 비슷하다는 뜻이다. 1제곱 센티 면적의 10m 기둥 높이이다. 만약 우리가 해수면 기준으로 수중 10 m의 물속에 들어간다면 대기 중의 1 기압과 10 m 물 속의 1 기압 가량의 수중 압력이 합쳐져서 약 2 기압의 압력을 받게 된다. 기압이 높아지면 높아질수록 당연히 이 유리관 속의 수은주는 높이 밀려 올라갈 것이고 기압이 낮아지면 수은주는 내려가게 된다. 이러한 원리로 인하여 즉 수은주의 높이를 측정한 것이 바로 기압이다.
1 기압 = 1 atm = 760 mmHg
여기서 1 mmHg는 1 토르(Torr)라고도 하는데 이것은 토리첼리의 이름을 따서 만든 단위이다.
고기압과 저기압
고기압이나 저기압 같은 표현들은 어떤 사람의 감정 상태를 비유하는 표현으로도 쓰인다. 특히 그중에서도 저기압은 보통 완전히 기분이 토라지고 예민해져서 누가 건드리기라도 하면 폭발할 듯한 아슬아슬한 경우에 쓰인다. 미디어에서는 이런 사람의 머리 근처에 먹구름이 끼거나 번개가 치는 듯한 모양으로 묘사되곤 한다.
고기압
고기압(High Pressure/Atmospheric/ Anticyclone, 高氣壓)은 기압이 주변보다 상대적으로 높은 영역을 말한다. 무조건 기압이 1013.25hPa보다 높다고 고기압이라고 생각하는 경우가 많은데 잘못된 것이다. 일기도에서 주로 H 기호로 표시되며 이를 중심으로 등압선들이 일그러진 동심원을 이루고 있다. 고기압 환경에서 날씨는 일반적으로 쾌청하고 맑다. 지표상에서 바람은 북반구에서는 시계 방향으로 불어나가며 높은 하늘에서 공기가 가라앉아 내려온다. 이를 하강기류라고 한다. 하강기류가 중심기류이다. 반대로 고공에서는 공기가 모여들게 된다. 공기가 빽빽한 곳과 공기가 부족한 곳이 있을 때 달리 장애물이 없다면 공기는 빽빽한 곳에서 부족한 곳으로 이동함으로써 기압의 평형을 맞출 것이라고 쉽게 상상해볼 수 있다. 그러나 거의 항상 기압차가 존재하는 것은 지형적 요인이나 일광의 불균등 가열 같은 별의별 변수들이 있기 때문에 날씨는 구름이 소멸되어 맑다.
고기압 내에서는 신체가 다소 수축하면서 체내 신진대사 및 육체활동이 왕성해진다고 한다. 맑고 푸른 하늘 아래에서 절로 기운이 나고 힘도 팍팍 솟구치는 것은 바로 이 때문이다. 그러나 고기압이 부르는 자연재해도 만만치 않다. 한파, 가뭄, 산불, 황사, 폭염, 미세먼지를 부르는 주범이 바로 고기압이다. 대기가 안정되기 때문에 공기 중에 배출된 미세먼지가 계속 축적되면서 하늘을 뿌옇게 만드는 것이다. 인플루엔자와 구제역 바이러스도 고기압이 지배적일 때 잘 퍼진다. 신체가 수축한다는 데서도 알 수 있듯 겨울철에는 심장발작과 뇌졸중에 의한 돌연사 확률도 높아진다. 편두통 증상도 심해지는데 스위스에서는 매년 봄마다 푄현상으로 많은 사람들이 편두통 증상을 앓는다.
지리에 따라서는 극고압대, 적도고압대처럼 웬만해서는 기압이 낮아지지 않는 지역들도 있다. 사막은 주로 이런 지역에 형성된다. 한반도의 경우 봄과 가을에는 중심부가 서에서 동으로 이동하는 이동성 고기압의 영향을 자주 받으며, 겨울에는 북서계절풍의 영향이 강하다. 한여름 북태평양에서 한반도로 북상해 오는 북태평양 기단은 대표적인 온난고기압이며 습하다.
저기압
저기압(Low Pressure/Depression/Cyclone, 低氣壓)은 기압이 주변보다 상대적으로 낮은 영역을 말한다. 무조건 기압이 1013.25hPa보다 낮다고 저기압이라고 생각하는 경우가 많은데 잘못된 것이다. 일기도에서 주로 L 기호로 표시되며 다른 고기압들 사이에 위치해 있거나 경우에 따라 많게는 예닐곱 개의 동심원들을 한꺼번에 몰고 다니거나 어떤 경우에는 특이하게 생긴 두 개의 선을 양쪽에 이끌고 다니기도 한다. 캠프파이어의 모닥불에서 뜨거워진 공기가 위로 올라가듯이 따듯한 공기가 상승하는 것이 저기압이다. 저기압에서는 공기가 위로 상승해 지표면의 기압이 낮아진다.
저기압 환경에서 날씨는 일반적으로 우울하거나 심하게는 헬게이트가 된다. 지표상에서 바람은 북반구에선 반시계 방향으로 불어오며 높은 하늘로 공기가 솟구쳐 올라간다. 이를 상승기류라고 한다. 반대로 고공에서는 공기가 퍼져나가게 된다. 즉 고기압이 사방에서 내뱉는 공기들을 낮은 고도에서 배불리 먹은 저기압은 높은 하늘에서 그 공기를 다시 고기압에게 먹여준다. 저기압이라 해도 수증기가 없다면 날씨가 나빠지진 않지만 언제나 그렇듯 악천후의 주범은 바로 수증기이므로 상승기류를 타고 올라가던 수증기가 이슬점에서 응결하게 되면 적운 및 적란운을 뭉게뭉게 만들어내고 이는 온갖 악기상들의 원인이 된다. 최악의 경우 850hPa 근처까지 내려가기도 하는데 기상관측 이래 최대 규모의 열대성 저기압 팁(Tip)은 870hPa까지 낮아지기도 했으며 대부분의 토네이도 중심부의 기압이 보통 850hPa 근처쯤 된다.
고기압과 대조적으로 저기압에서는 신체가 늘어지고 무기력해지게 되며 관절이 약할 경우 통증도 발생할 수 있다. 관절통이 있으면 얼마 못 가서 비가 온다는 옛 속담은 현대 과학의 관점에서 가장 훌륭하게 검증된 날씨 관련 속설들 중 하나다. 그래서 한국의 여름은 대개 먹구름이 가득 낀, 매우 음울하고 귀신 나올 것 같은 풍경으로 묘사된다. 동아시아와 정반대로 서유럽은 겨울에 저기압이 자주 찾아오며 진원지는 주로 아이슬란드이다.
기압의 단위변화
1기압(atm)을 다른 압력단위로 표시하면 아래와 같다.
- 101,325 Pa(파스칼)
- 1,013.25 hPa(헥토파스칼)
- 101.325 kPa(킬로파스칼)
- 0.101325 MPa(메가파스칼)
- 1,013.25 mb(밀리바)
- 1.01325 bar(바)
- 14.696 psi(프사이)
- 760 mmHg(수은주밀리미터)
- 29.92126 inchHg
- 10,332.275 mmH₂O(수주밀리미터)
- 406.782188 inchH₂O
기압계
기압계(barometer, 氣壓計)는 대기압을 측정하는 장치이다. 대체로 대기압이 낮은 저기압일 때는 날씨가 흐리고 고기압일 때는 날씨가 맑은 경우가 많아서 기압이 일종의 날씨의 척도가 되기 때문에 바로미터라는 말 자체가 어떤 징조를 나타내는 지표라는 은유로 쓰인다. 해발 고도가 높아질수록 기압이 떨어지므로 평지와의 기압차를 이용해 산행 등에서 간이 고도계로 사용할 수 있다. 등산이나 스카이 다이빙용 고도게는 이런 원리를 이용한다. 낮은 고도에서는 대충 고도 100 미터 당 12.5 mb (1 mb = 1 헥토파스칼) 정도, 80 미터당 10 mb 정도 떨어진다고 보면 된다. 기압계의 시초는 진공상태의 관 내에 들어있는 수은 막대의 압력으로 대기압을 측정하는 수은 기압계이다. 1643년 토리첼리가 한 쪽 끝을 막은 1m의 관에 수은을 넣고 관의 열린 쪽을 수은이 담긴 용기에 넣어 관을 세우면 대기압과 수은의 압력의 평형에 의해 관 내의 수은은 용기의 수은 면으로부터 760mm 정도의 높이까지만 하강한다는 것을 통해 최초로 기압계를 만들었다고 알려져 있으나 르네, 데카르트 등 다른 사람이 먼저 만들었다는 주장도 제기되고 있다. 수은 기압계는 매우 정확하기는 하지만 사용이 불편하고 휴대하기가 어려워 전문적 기상관측 외에는 훨씬 간편한 아네로이드 기압계가 주로 사용된다. 아네로이드 기압계는 접시 모양의 금속 판 두 개를 겹친 후 내부를 진공으로 만들어 대기압과 금속의 탄성이 평형을 이루는 지점에서 금속 판의 움직임을 지침으로 표시한다. 기압 지침 외에 따로 자유로이 돌릴 수 있는 지침이 있는데 이건 직전 기압 측정치를 기억해서 기압이 얼마나 변했는지 알 수 있게 하는 것이며 기압을 간편하게 측정할 수 있어 배에서 주로 사용되며 가정, 사무실, 학교 등에서 쓰이기도 한다. 현재는 MEMS 반도체 기술로 만든 IC 기압 센서가 스마트폰에 내장된 기압계 등에 널리 쓰이고 있다.[5]
각주
참고자료
- 〈기압〉, 《위키백과》
- 〈기압〉, 《나무위키》
- 〈기압계〉, 《나무위키》
- 〈기압〉, 《네이버 지식백과》
- "Atmospheric Pressure", Wikipedia
같이 보기
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