1.2.1 진공의 정의
압력은 단위 면적 당 수직으로 작용하며 균일하게 분산된 힘 의 비율로 정의됩니다.
\[p = \frac FA\]
| $p$ | 압력 | [Pa] |
| $F$ | 힘 | [N]; 1 N = 1 kg m s-2 |
| $A$ | 면적 | [m2] |
공식 1-3: 압력의 정의
밀폐 용기 내의 기체 입자는 열 운동을 수행합니다. 용기 벽 과의 상호작용에서 원자와 분자는 많은 횟수의 충돌을 경험 합니다. 각각의 충돌은 용기 벽에 힘을 행사합니다. 밀폐된 기체가 외부의 영향에 노출되지 않은 곳에서 발생하는 수많 은 충돌은 어느 지점 어느 방향에서 측정을 하든 용기 내의 어떤 지점에서 일어나는 것과 동일한 압력을 만들어냅니다.
그림 1.2: 전체 압력의 정의
실제로 단 하나의 기체만 사용하는 경우는 드뭅니다. 다른 가스들을 혼합하는 경우가 훨씬 더 일반적입니다. 이 기체들 중 각각의 단일 구성요소는 다른 구성요소와 무관하게 측정 될 수 있는 특수한 압력을 행사합니다. 다른 구성요소들에 의 해 행사된 이 압력을 분압이라 부릅니다. 이상적인 기체들의 경우 다양한 구성요소들의 분압은 전체 압력에 추가될 뿐 서 로를 간섭하지는 않습니다. 모든 분압의 합계가 전체 압력입 니다.
그림 1.3: 분압의 정의
기체 혼합의 예가 주변 공기입니다. 주변 공기의 분압 구성은 표 1.1 [3]에 제시되어 있습니다.
| 기체 유형 | 화학 공식 | 부피(%) | 분압[hPa] |
|---|---|---|---|
| 질소 | N2 | 78.09 | 780.9 |
| 산소 | O2 | 20.95 | 209.5 |
| 수증기 | H2O | < 2.3 | < 23.3 |
| 아르곤 | Ar | 9.3·10 -1 | 9.3 |
| 이산화탄소 | CO2 | 3.0·10-2 | 3.0·10-1 |
| 네온 | Ne | 1.8·10 -3 | 1.8·10-2 |
| 수소 | H2 | < 1·10-3 | < 1·10-2 |
| 헬륨 | He | 5.0·10 -4 | 5.0·10-3 |
| 메탄 | CH4 | 2.0·10-4 | 2.0·10-3 |
| 크립톤 | Kr | 1.1·10 -4 | 1.1·10-3 |
| 일산화탄소 | CO | < 1.6·10-5 | < 1.6·10-4 |
| 크세논 | Xe | 9.0·10 -6 | 9.0 . 10-5 |
| 아산화질소 | N2O | 5.0·10 -6 | 5.0·10-5 |
| 암모니아 | NH3 | 2.6·10-6 | 2.6·10-5 |
| 오존 | O3 | 2.0·10-6 | 2.0·10-5 |
| 과산화수소 | H2O 2 | 4.0·10-8 | 4.0·10-7 |
| 요오드 | I2 | 3.5·10-9 | 3.5·10-8 |
| 라돈 | Rn | 7.0·10 -18 | 7.0·10-17 |
표 1.1: 대기의 구성 표시된 분압은 1,000 hPa을 나타냅니다. 참고: 수증기 표시 값은 293 K (20°C)의 포화 상태입니다. 이산화탄소와 일산 화탄소의 값은 장소와 시간에 따라 변동됩니다. 일산화탄소 표시 값은 대도시 의 최대값입니다. 기타 소스는 5 · 10-5 %의 천연 수소 농도와 5 · 10-4 hPa의 분압을 나타냅니다
우주에서는 은하수들의 근접성에 따라 10-18 hPa 이하의 압 력이 유지됩니다. 지구에서는 기술적으로 생성된 10-16 hPa 미만의 압력이 보고된 바 있습니다. 10-16 hPa까지의 대기압 은 범위가 소수점 이하 19자리까지입니다. 압력 범위에 대해 특수하게 조정된 진공 생성 및 측정의 유형들은 Table 1.2에 제시된 것처럼 다양한 압력 범위를 세분화한 것입니다.
| 압력 범위 | 압력 hPa | 압력 Pa | cm3 당 수밀도 | m의 평균 자유 행로 |
|---|---|---|---|---|
| 대기압 | 1,013.25 | 101,325 | 2.7·1019 | 6.8·10-8 |
| 저진공(LV) | 300…1 | 30,000…100 | 1019…1016 | 10-8…10-4 |
| 중간 진공(MV) | 1…10-3 | 100…10-1 | 1016 …1013 | 10-4…10-1 |
| 고진공(HV) | 10-3…10-8 | 10-1…10-6 | 1013…108 | 10-1…104 |
| 초고진공(UHV) | 10-8…10-11 | 10-6…10-9 | 108…105 | 104…107 |
| 극고진공(XHV) | <10-11 | <10-9 | <105 | >107 |
표 1.2: 진공 기술의 압력 범위
압력 측정 단위는 파스칼(pascal)입니다. 이 단위는 프랑 스의 수학자, 물리학자, 작가 겸 철학자인 블레즈 파스칼 (Blaise Pascal, 1623 – 1662)의 이름을 따라 명명되었습니다. Formula 1-3에 따르면, SI 단위인 pascal은 Pa = N m-2 로 구 성됩니다. 단위 mbar, torr 그리고 표 1.3에 제시된 단위들은 실제로 흔히 사용됩니다.
| Pa | bar | hPa | µbar | Torr | micron | atm | at | mm WS | psi | psf | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Pa | 1 | 1·10-5 | 1·10-2 | 10 | 7.5·10-3 | 7.5 | 9.87·10-6 | 1.02·10-5 | 0.102 | 1.45·10-4 | 2.09·10-2 |
| bar | 1·105 | 1 | 1·103 | 1·106 | 750 | 7.5·105 | 0.987 | 1.02 | 1.02·104 | 14.5 | 2.09·103 |
| hPa | 100 | 1·10-3 | 1 | 1,000 | 0.75 | 750 | 9.87·10-4 | 1.02·10-3 | 10.2 | 1.45·10-2 | 2.09 |
| µbar | 0.1 | 1·10-6 | 1·10-3 | 1 | 7.5·10-4 | 0.75 | 9.87·10-7 | 1.02·10-6 | 1.02·10-2 | 1.45·10-5 | 2.09·10-3 |
| Torr | 1.33·102 | 1.33·10-3 | 1.33 | 1,330 | 1 | 1,000 | 1.32·10-3 | 1.36·10-3 | 13.6 | 1.93·10-2 | 2.78 |
| micron | 0.133 | 1.33·10-6 | 1.33·10-3 | 1.33 | 1·10-3 | 1 | 1.32·10-6 | 1.36·10-6 | 1.36·10-2 | 1.93·10-5 | 2.78·10-3 |
| atm | 1.01·105 | 1.013 | 1,013 | 1.01·106 | 760 | 7.6·105 | 1 | 1.03 | 1.03·104 | 14.7 | 2.12·103 |
| at | 9.81·104 | 0.981 | 981 | 9.81·105 | 735.6 | 7.36·105 | 0.968 | 1 | 1·10-4 | 14.2 | 2.04·103 |
| mm WS | 9.81 | 9.81·10-5 | 9.81·10-2 | 98.1 | 7.36·10-2 | 73.6 | 9.68·10-5 | 1·10-4 | 1 | 1.42·10-3 | 0.204 |
| psi | 6.89·103 | 6.89·10-2 | 68.9 | 6.89·104 | 51.71 | 5.17·104 | 6.8·10-2 | 7.02·10-2 | 702 | 1 | 144 |
| psf | 47.8 | 4.78·10-4 | 0.478 | 478 | 0.359 | 359 | 4.72·10-4 | 4.87·10-4 | 4.87 | 6.94·10-3 | 1 |
표 1.3: 압력 단위의 변환표
