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PUMP의 원리
광사림이라는 사전에 의하면, "펌프"란 공기, 액체 등을 한쪽 구멍에서 흡입, 다른 쪽 구멍으로 밀어내거나 토출 하도록 만든 기계-원문 직역-라고 되어 있습니다. 그러면 어떻게 해서 액체 등을 흡입, 또는 토출 하는 것일까요?
이 대답을 이해하기 위해서는 우선 공기의 압력에 대해 알 필요가 있습니다. 여기서, 우리에게는 없어서는 안될 공기에 대해 알아보기로 합시다.
- 공기의 무게
보통 별 관심 없이 호흡하고 있는 공기는 질소(N2)와 산소(O2)가 주성분이고 그 밖에는 탄산가스(CO2)와 아르곤(Ar)등을 함유하고 있습니다. 이들 분자는 눈에 보이지 않는 매우 작은 입자입니다만 약간의 무게를 가지고 있습니다. 그리고 우리들 주위를 자유롭게 날아다니며 대기를 형성하고 있는 것입니다. 공기의 분자는 지구의 인력으로 당겨져 지표에 가까울수록 대량으로 모여있고, 지표에서 떨어질수록 희박하게 됩니다. 높은 산의 정상에서 공기가 희박하게 되는 것은 이런 이유입니다.
대기의 압력
공기분자가 날아다니고 있을 때 어떤 장해물에 부딪치면 충격을 받습니다. 이것은 F=mα(운동방정식)라는 물리법칙에 따르지만 이 식은 물체가 무거울수록, 또 빠르게 움직이고 있을수록 (실제는 가속도가 클수록) 충격력이 크다는 것을 나타내고 있습니다. 예를 들면, 같은 속도로 달리더라도 덤프 카와 승용차는 파괴력이 전혀 다르며, 또 같은 덤프 카라도 고속과 저속과는 충격력이 다르다는 것을 이해할 수 있다고 생각합니다.
대기중에 한 개 한 개의 분자는 대단히 작으므로 그 충격력은 매우 적지만, 대량으로 모이면 꽤 큰 힘이 됩니다. 따라서 지표에 가까울수록 힘이 크고, 높은 곳일수록 힘이 작게 됩니다. 지표 부근에서는 1평방센티미터 당 약 1㎏의 힘이 작용하고 있습니다.
압력의 단위 kgf/㎠
일반적으로 압력은 단위 면적 당 가해지는 힘으로 표시됩니다. 즉 1평방 센티미터의
정방형에 몇 kg(g ton)의 힘이 작용하는가를 나타냅니다.
보통은 1평방 센티미터 당 몇 kg의 힘이 작용하는가를 나타내며 kgf/㎠라는 단위로
표시합니다. 여기서 kgf의 f는 force(힘)을 의미하며 1kgf는 1kg의 힘이 작용하고 있
음을 나타냅니다.
ㆍ수주메타(mAq, mmAq, mHzO, mmHzO)
물의 밀도가 4℃ 일 때 1㎖(㎤)당 1g(1g/㎤)인 것을 이용하여 표시한 압력입니다.
예를 들면 대기압(1.033kgf/㎠)은 10.33mAq 또는 10330mmAq에 상응합니다.
ㆍ수은주 메타(mHg, mmHg)
수은의 밀도가 약 13.55g/㎠임을 이용한 압력의 단위입니다. 수은의 물에 대한 비중
은 13.55이므로 10.33mAq, 10330mmAq는 각각 0.76mHg, 760mmHg가 됩니다.
ㆍ실용단위와 절대단위
상기의 압력단위는 실용단위로 불리우며 널리 사용되고 있습니다.
(그 밖에 Bar 나 atm라는 표시법이 있습니다.)
또, 절대단위라는 표시법도 있어 CGS 계에서는 dyn/㎠, MKR 계에서는 N/㎡가 됩니
다. 더욱이 SI 단위에로의 전환으로 압력은 Pa(파스칼)라는 단위로 표시하게 됩니다.
여기서 1Pa = 1N/㎡이 됩니다.
참고
CGS 단위계 : 센티미터, 그램, 초를 요소로하는 단위계
MKS 단위계 : 미터, 킬로그램, 초를 요소로하는 단위계
SI 단위계 : 국제 단위계, 미터계 단위와 야드, 폰드계 단위를 통일하기 위해
1960년 제 11회 국제도량형 총회에서 채용, 약속된 단위계.
(International System of Units)
ㆍ절대압 (abs.) 과 게이지압 (G) 절대압 = 대기압 + 게이지압
절대압은 진공을 기준으로 측정한 것으로, 게이지압은 대기압을 기준으로 측정한 것입니다. 일반적으
로 압력계(블루돈관 방식등)로 표시된 압력은 게이지압으로 이 값을 대기압에 가산하면 절대압을
얻을 수 있습니다.
ㆍ진공의 압력
밀폐용기에서 공기를 빼가면, 용기안의 공기분자수가 점차로 감소해 그 결과 용기 안의 압력이 작아
집니다. 다시 완전히 공기가 없어지면, 이미 압력이 저하하지 않는 상태, 즉 절대 진공 상태가 됩니
다. 이 때의 압력은 수주미터로는 0mAqabs. 수은주미터에서는 0mHgabs.를 나타냅니다. 또 진공압
력을 나타내는 단위로써 톨(torr)이 있고, 1torr은 1mmHgabs., 대기압을 기준으로 하면-759mmHgG가
됩니다.
- 압력환산표
|
kgf/㎠
|
mmAq
|
mmHg(torr)
|
Pa
|
Bar
|
atm
|
|
1
|
1.0X104
|
7.36X102
|
9.81X104
|
9.81X10-1
|
9.68X10-1
|
|
1.0X10-4
|
1
|
7.36X10-2
|
9.81
|
9.81X10
|
9.68X10
|
|
1.36X10-3
|
1.36X10
|
1
|
1.33X102
|
1.33X10-3
|
1.32X10-3
|
|
1.02X10-5
|
1.02X10-1
|
7.5X10-3
|
1
|
1X10
|
9.87X10-1
|
|
1.02
|
1.02X104
|
7.5X102
|
1X10
|
1
|
1.02X104
|
|
1.033
|
1.033X104
|
7.6X102
|
1.013X10
|
1.013
|
1
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