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기체의 전달현상 2.2.5 이상 기체의 법칙 이미 기술한 Boyle의 법칙과 Charles의 법칙을 결합하면, 일반 기체 법칙을 얻을 수 있으며, 다음과 같이 표현한다. $$ \frac{P_1V_1}{T_1} = \frac{P_2V_2}{T_2} $$ 이와 같은 일반 기체 법칙은 하나의 방정식에 압력, 부피 및 온도가 결합하여 구성되며, 식에서 온도는 절대온도로 나타낸다. 기체의 성질은 이러한 3개의 변수 가운데 압력에 의해 가장 영향을 받지만, 액체나 고체는 압력을 가하더라도 그 성질이 변하지 않는다. 이제, 두 개의 법칙에 Avogadro의 법칙까지 포함하여 정리하면, 다음과 같다. $$ \frac{P_1V_1}{N_1T_1} = \frac{P_2V_2}{N_2T_2} = k $$ 이를 간결하게 정리하면, $$ PV.. 2022. 9. 12.
기체 법칙(1) 2.2 기체 법칙 진공 시스템에서의 기체의 법칙도 기체의 성질에 영향을 미치는 4가지 변수인 압력, 부피, 온도 및 기체의 양(몰 수)과 관련된다. 고체나 액체에서는 압력을 가하더라도 그 성질이 거의 변하지 않지만, 기체에서는 압력에 대한 영향이 크기 때문에 기체에 대한 연구가 압력에서 비롯되었다고 할 수 있다. 이제, 기체에 대한 몇 가지 법칙을 알아보도록 한다. 2.2.1 Boyle의 법칙 물질이 입자로 이루어져 있다고 믿으며 입자 철학의 신봉자였던 Boyle은 Aristotle 방식의 단순한 경험적인 관찰에서 탈피하여 과학자의 의도대로 변수를 조절하는 실험이 과학연구에 매우 중요하다고 여겼다. 그는 1662년 실험을 통하여 일정한 온도에서 일정량의 기체 부피와 압력 사이에 관계는 반비례한다는 Boy.. 2022. 9. 11.
기체의 운동(1) 2.1 기체의 성질 진공에 대한 실질적인 정의에서 진공이란 대기압보다 낮은 압력을 의미하는데, 즉 진공은 일정한 공간 내에 대기압보다 적은 수의 기체(gas)를 가지는 것으로 정의하였다. 그러므로 아무리 낮은 진공도일지라도 그 안에는 기체가 존재하게 되며, 기체의 거동과 특성은 진공 시스템을 이해하는데 기본 요소라 할 수 있다. 즉, 진공을 만들고자 한다면 용기 내에 기체분자밀도를 줄이거나 용기 내벽에 표면 충돌율을 줄여야 한다. 따라서 본 교재가 다루는 진공기술을 이해하기 위해서는 먼저 일정한 공간에서 운동하는 기체에 대한 성질을 공부하여야 하며, 본 장에서는 기체의 성질과 기체 법칙들에 대해 기술하고자 한다. 이제, 우리는 진공을 다루기에 앞서 "기체란 무엇인가?"라는 기본적인 의문 을 갖게 되며, .. 2022. 9. 10.
진공의 기초(3) 진공의 실험 18~19세기의 진공 과학도 이와 같이 기묘한 에테르라는 물질 때문에 어려움을 겪었으며, 그 안에서 새로이 발견된 전기력이나 자기력을 설명하고자 노력하였다. 마침내 천재 과학자인 Albert Einstein이 탁월한 과학적인 사고와 실험 기술을 토대로 우주에 가득하다고 여겼던 에데르의 개념은 사실무근이라는 것으로 밝혀졌다. 따라서 1905년부터 다시금 우주에서의 진공 개념이 가능하다는 생각이 제기되었고, 중력장 이론에 의하면 질량과 에너지가 없는 빈 공간을 완전히 수학적으로 표현하면서 텅 빈 우주가 가능하였다. 그러나 극미의 세계에서 양자역학이 불려 일으킨 과학의 혁명은 진공을 완전히 텅 빈 공간으로 생각하는 것이 잘못되었다는 것을 분명히 나타내었다. 이와 같은 새로운 개념에 따르면, 진공이.. 2022. 9. 9.
진공의 기초(2) 진공의 역사 우리는 공기라는 바다의 바닥에서 살면서 대기압을 느끼지 못하면서 살고 있다. 그렇다면 왜 느끼지 못하는 것일까? 이는 실제로 대기압을 견딜 수 있도록 우리 몸 안에 내부 압력이 동일한 압력인 대기압으로 밀고 있어, 내부와 외부의 압력이 같기 때문이다. 높은 산을 등산할 경우, 높이 올라갈수록 공기는 희박해지고 압력은 감소하게 된다. 이를 확인하기 위해 등산을 할 때에 풍선을 가지고 올라가면 높이 올라갈수록 풍선이 팽창한다는 것을 보게 된다. 따라서 수은관을 이용한 대기압 실험은 높은 산에서는 수은 기둥이 낮아지게 된다. 또한, 날씨의 변화에 의해 수은의 높이는 변하게 되며, 아주 맑은 날보다 비바람이 거센 날의 수은 기둥은 더 낮아진다. 이와 같은 수은 기둥의 높이가 변하는 것을 이용하여 날.. 2022. 9. 8.
진공의 기초(1) 1.1 진공의 바다 “nothing will come nothing(아무것도 없다면, 결과는 어떤 것도 없다.)” 이 말은 영국의 위대한 희곡작가인 William Shakespeare가 리어왕 중에서 언급한 대화로서, 풀어서 말하면 “ 아무것도 말하지 않는다면 어떠한 것도 줄 수 없다.”라는 뜻이다. 이와 같이 Shakespeare는 도덕적인 주제를 논함에 있어 진공(眞空)이나 무(無)에 대한 개념을 많이 사용하곤 하였다고 한다. 아마도 추상적인 말로서, 이용하기 좋았기 때문에 자주 애용하였을 것이다. 그렇다면 “진공(Vacuum)이란 도대체 무엇일까＂라는 질문에 대해 초등학교 어린이일 경우에 답변을 들어보면, “공기가 없는 상태입니다.” 혹은 “아무것도 없는 거예요.” 등으로 답한다. 그리고 어른들의 .. 2022. 9. 7.

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