만년필을 말할 때 내가 하고 싶은 이야기 [09]

압력에 대하여

압력차

칸막이가 두 공간 A와 B를 나누고 있는 

아래의 그림을 생각해 보자.

A와 B는 같은 공간을 가지고 있다.

즉 부피가 같다.

그림 1: 압력이 다를 경우의 차단막의 이동

위의 그림에서는 칸막이를 고정시켰다가

아래에서는 칸막이가 벽과의 마찰 없이 

움직일 수 있게 설정했다고 하자.

A의 압력이 공간 B보다 높을 경우 

차단막은 B 쪽으로 이동한다. 

그리고 두 공간의 압력이 같아지는

어느 시점에서 차단막은 정지할 것이다. 

압력의 원인: 입자 수와 온도

압력을 증가시키는 요인을 생각해 보자.

A, B가 동일기체이고 온도가 같다면 

B의 입자의 수가 많으면 B의 압력이 높다.

역시 동일 기체이고 입자수가 같을 경우 

온도가 높은 쪽이 압력이 높다.

온도라는 것은 분자가 얼마나 큰 운동에너지를 

가지고 있고 얼마나 활발히 운동하는 가를 나타내는 척도이다. 

활발히 운동하는 쪽이 

좀 더 많은 공간을 확보하려고 퍼져나가려고 한다.

그 정도를 나타내는 것이 바로 압력이다.

압력의 정의는 단위면적에 가하는 힘이다. 

즉, 차단막에 얼마나 자주(많은 입자 수), 

큰 힘(높은 온도)으로 기체 입자들이 부딪히냐는 것인데 

입자수가 많으면 당연히 입자들이 밀폐된 공간 안에서 

돌아다니다가 차단벽에 부딪힐 가능성이 높다. 

그리고 온도가 높다면 입자들이 더 활발하게 

돌아다니니까 차단막을 더 자주 때릴 것이다. 

즉, 입자수와 온도는 압력의 주 원인이 되겠다.

이렇게 차단막이 압력이 낮은 쪽(A)으로 이동한다고 하자. 

차단막이 A 쪽으로 가면  갈수록 기체 A가 차지하는 부피가 

줄어들어서 차단막에 부딪히는 횟수가 늘어날 것이다(압력 증가). 

반면 기체 B가차지하는 부피는 증가하여 

기체 B의 입자가 차단막에 부딪힐 수 있는 

기회는 줄어든다(압력 저하).

따라서 어느 지점에서 압력 평형을 

이루게 되고 그 지점에서 차단막은 멈추게 되겠다.

여기서 설명했던 압력개념은 

만년필 안에서 생기는 일을 설명할 때 가끔 사용될 것이다.