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지구를 둘러싸고 있는 기체를 대기라고 합니다. 대기는 지표면으로부터 1,000km터 높이까지 파져있습니다. 그 중 지표면 근처에서 우리 주위를 둘러싸고 있는 대기를 공기라고 부르기도 합니다.
대기는 접해있는 다른 물체의 표면에 힘을 가합니다. 왜냐하면 대기 분자들은 쉴새없이 운동하고 있고, 그러는 동안 물체들의 표면에 부딪힙니다.
그러면 물체들의 표면에 힘을 가하지요. 대기의 압력을 대기압이라고 부르는데, 대기가 다른 물체 표면의 단위 면적(1m2, 1cm2, 등)에 수직으로 작용하는 힘입니다. 압력은 힘을 면적으로 나눈 것입니다.
우리가 보통 살아가는 조건에서의 대기압의 크기는 대략 1기압입니다. 1기압은 바닥의 면적이 0.01m2(한 변이 10cm인 정사각형의 면적)이고 질량이 100kg인 물체가 내리누르는 힘입니다.
발 하나의 표면적이 0.0025m이고 질량이 100kg인 아기 코끼리가 4발로 여러분의 어깨 위에 서있는 것과 같은 압력입니다.
그런데 우리는 공기 중에서 압력을 느끼지 못합니다. 그 이유는 대기압이 모든 방향에서 골고루 작용하기
때문입니다. 공기 중에서 페트병이 일정한 모양을 유지하고 있는 것도 페트병의 안쪽과 바깥쪽에서 똑같이 대기압이 작용을 하고 있기 때문이지요.
온도가 올라가면 기체 분자들은 더 활발히 움직입니다. 즉, 더 빠르게 여기저기 돌아다닙니다. 따라서 닫혀있는 그릇에 기체를 넣고 가열하면 기체의 압력이 올라갑니다.
페트병의 마개가 열려있는 상태에서는 병 안 공기의 온도가 올라가도 병 안쪽에서 벽에 작용하는 압력과 바깥쪽에서 벽에 작용하는 압력이 같도록 유지됩니다. 왜냐하면 페트병이 열려있다면 병 안쪽과 바깥쪽의 공기는 한 덩어리므로 항상 압력이 같도록 공기가 이동할 수 있기 때문입니다. 이 실험에서 뚜껑을 열고 가열했을 때 병 안의 공기의 압력은 대기압과 같습니다. 보통 1기압 정도입니다.
이 상태에서 페트병의 마개를 막으면, 병 안쪽의 공기와 바깥뽁의 공기는 서로 다른 기체 덩어리입니다. 이제 페트병을 찬 물에 담그면 병 안의 공기 분자들이 천천히 움직이게 되어, 병 안쪽의 압력이 바깥의 압력보다 훨씬 낮아집니다. 그러면 병이 쭈그러듭니다.
찌그러진 페트병을 다시 펼 수는 없을까요? 마개를 열어서 페트병의 안쪽과 바깥쪽의 공기가 한 덩어리가 되게 하여 안쪽과 바깥쪽의 압력이 모두 대기압이 되게 하면 됩니다. 또 다른 방법은 페트병의 마개를 닫은 채로
가열해서 페트병 안쪽의 공기의 압력을 증가시키면 다시 펼 수 있습니다.
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차근
차근 따라해봅시다.
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