기압의 단위인 헥토파스칼이란?

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기압의 단위인 헥토파스칼이란?

 

 

일기예보를 들으면 기압을 나타낼 때 헥토파스칼이란 단위를 사용한다. 기상학에서 중요한 기압에 대한 중요 내용을 알아본다.

 

1. 기압이란?

2. 기압계의 종류

3. 기압의 단위 밀리바와 헥토파스칼의 의미

4. 고도에 따라 기압은 얼마나 변하나?

5. 최고 기압과 최저 기압의 기록은?

6. 수은 대신 물로 기압을 측정하면 물기둥의 높이는 얼마일까?

 

1. 기압이란?

 

지구상에는 머리 위로 약 45~50km 높이까지 두터운 공기층이 있다. 마치 물의 압력(수압)이 있듯이 공기층도 압력이 있다. 공기의 압력을 ‘기압’(atmospheric pressure)이라고 하며, 공기압은 물 10m 높이의 압력과 거의 비슷하다.

 

기압의 작은 변화는 기상관측에 매우 중요하다. 기상이 악화되거나 태풍이 가까이 오면 기압이 낮아지고(저기압), 날씨가 맑으면 기압이 높아지기 때문이다. 기압을 재는 장비를 기압계(영어는 barometer)라고 한다. 사람들은 흔히 “혈압은 건강의 바로미터이다.”라고 말하기도 하는데, 이는 기상학 용어를 사회언어로 사용하고 있는 것이다.

 

2. 기압계의 종류

 

기압계에는 몇 가지가 고안되어 있으나, '수은기압계’와 ‘아네로이드 기압계’ 두 가지가 이용되고 있다. 수은기압계는 이탈리아의 위대한 과학자 갈릴레오의 조수였던 에반젤리스타 토리첼리(Evangelista Torricelli 1608-1647)가 처음 만들었다. 그는 길이가 80cm(800mm) 정도 되는 가느다란 유리관 속에 수은을 가득 채우고, 유리관 한쪽을 밀봉한 후, 그 유리관을 뒤집어 수은이 담긴 접시에 세웠다. 그러면 수은은 아래로 내려가는데, 유리관 위쪽이 진공 상태가 되므로 수은의 기둥은 737~775mm(평균 760mm) 높이에서 멈추게 된다. 기압이 높은 날은 수은 기둥이 높아지고, 기압이 낮은 날은 반대가 된다.

 

 

 

수은기압계의 원리를 나타낸다.

 

vacuum : 진공

air pressur : 공기의 압력(기압)

mercury : 수은

29.92 in = 760mm(76cm)

 

 

2007년 이후 수은이 인체에 위험하다고 하여 세계적으로 수은기압계를 제조하지 않고 있다. 그 대신 아네로이드(aneroid) 기압계를 사용한다. ‘아네로이드’는 ‘액체가 아니다’는 의미를 가진 말이l다. 아네로이드 기압계에는 ‘아네로이드 셀’이라는 작은 캡슐이 내장되어 있다. 베릴륨과 구리의 합금으로 만든 이 캡슐은 기압이 높으면 수축하고 기압이 낮으면 팽창하는데, 그 정도에 따라 눈금이 움직이도록 만든 것이 아네로이드 기압계이다.

 

아네로이드 기압계는 프랑스의 과학자 루시엥 비디(Lucien Vidi 1805-1866)가 발명했다. 아래 사진은 오늘날의 아네로이드 기압계 중의 하나이다.

 

 

 

 

3. 기압의 단위 밀리바와 헥토파스칼

 

처음에는 기온 섭씨 15도에서 수은 기둥의 높이가 760mm일 때를 1기압으로 정했다. 그러다가 수은기둥의 높이 760 대신 1,000이라는 수치를 사용하여 1기압을 1000밀리바(mb)로 표시하게 되었다. 그러나 정밀측정을 하게 되면서 1기압은 1013밀리바로 확정되었다. 

 

1984년에 국제도량형기구는 기압의 단위로 밀리바 대신 헥토파스칼(hPa)을 사용하도록 권장했다. 이는 토리첼리와 동시대의 프랑스 과학자이며, 당시에 물의 압력에 대한 많은 연구업적을 남긴 파스칼의 명예를 기리자는 것이었다. 그리하여 오늘날에는 대부분의 나라가 기압의 단위로 헥토파스칼을 사용한다. 밀리바와 헥토파스칼은 단위 명칭만 다를뿐이다. 

 

 

4. 고도에 따라 기압은 얼마나 변하나?

 

기압의 기준은 해수면(해발 높이 0m)에서 측정한 값을 기준으로 한다. 기압은 고도가 높을수록 낮아지는데, 고도가 7.5m 높아질 때마다 1헥토파스칼 낮아진다. 따라서 해수면에서 1013헥토파스칼이라면, 106미터 높이의 산정에서는 1001헥토파스칼이 되고, 283미터 고도에서는 980헥토파스칼로 측정된다. 따라서 고도가 다른 지역에서는 이를 보정(補正)하여 기압을 나타낸다. 

 

이스라엘의 사해는 해수면보다 약 300미터나 낮은 곳에 있다. 그러므로 사해에서 기압을 재면 1기압이 더 높게 나타난다.

 

 

5. 기압의 최고기록은?

 

2001년 12월 19일 몽골리아의 '토손쳉겔'에서 측정된 최고기압은 1,085.7헥토파스칼이었다. 그리고 기록적인 최저기압은 1979년 10월 12일 서태평양에 발생한 태풍권에서 측정된 870헥토파스칼이었다.

 

 

6. 수은 대신 물로 기압을 측정하면 물기둥의 높이는얼마일까?

 

수은기압계와 같은 원리의 유리관에 물을 넣고 실험하면 1기압일 때 물기둥의 높이가 약 10.3미터가 된다. 이 10.3미터는 물의 물리학에서 중요한 현상이다. 1기압 조건에서 강력 펌프로 물을 아무리 강하게 뽑아 올려도 10.3미터 이상 올라갈 수 없다는 것이다.  

 

그러므로 키큰 나무 속의 물관을 따라 물이 올라갈 수 있는 최대 높이는 10미터 정도에 불과하다. 그런데도 수십미터 높이의 나무 꼭데기까지 수분이 올라갈 수 있는 것은 모세관현상 덕분이다. 또한 모세관 현상이 아무리 강하게 작용해도 키가 100미터 이상 자라기도 하는 미국 캘리포니아의 세코이어 나무 정상까지는 지하의 물이 올라갈 수 없다.

 

이 의문은 오래도록 풀리지 않았다. 그러나 2014년에 밝혀진 연구에 의하면, 세코이어 나무는 꼭데기 부위의 조직이 대기 중의 수분을 흡수하고 있다는 사실이 밝혀졌다. *

 

 

빛의 반사와 굴절 현상을 이용한 광학도구