기압과 절대압 그리고 보일의 법칙

비행기를 탔을때 또는 터널을 지날때 귀에서 평소와 다른 먹먹한 느낌을 느껴보신적 있으신가요?

 

그런 먹먹한 느낌이 신체에 일어나는 이유는 

 

바로 압력의 변화(기압의 변화) 때문입니다.

 

 

기압

공기의 압력

대기압이라고 합니다.

공기가 작용하는 힘이기도 합니다.

공기는 모든 방향으로 작용합니다.

 

기압은 공기의 압력(무게)이기 때문에

중력에도 영향을 받습니다.

 

하늘 높이 올라갈 수록 중력이 낮아지면 공기가 희박해져 기압도 낮아집니다.

5500m 정도 올라가면 기압이 절반으로 줄어든다고 합니다.

 

 

그럼 수중에서는 어떨까요?

 

공기의 압력이 기압이라면, 물의 압력인 수압도 존재합니다.

 

수압

 

물은 공기보다 약 800배 이상 무겁기 때문에 바다물에서는 10m 민물에서는 10.2m 당 1수압 증가 한다고 합니다.

 

또한 바다물 10m에서는 수압 말고도 기압이 더해집니다.

 

그럼, 10m에서는 수압 1, 기압 1이 더해져 2 절대압(수압+기압)이 됩니다.

 

이제 부터 수압과 기압을 그냥 bar(절대압)으로 부르도록 하겠습니다.

 

그럼 10m에서는 2bar

20m에서는 기압 1 + 수압 2 = 3bqr

30m에서는 4bar

40m에서는 5bar 가됩니다.

 

그럼 25m에서는 절대압이 몇 일까요?

3.5bar가 되는 것입니다.

 

3줄 요점

1. 기압, 수압을 절대압 bar로 말한다.

2. 기압은 올라갈수록 낮아지고, 수압은 수중으로 들어갈수록 높아진다.

3. 수중에서 절대압은 기압+수압 이다. ex) 10m 기압1bar + 수압1bar

 

귀의 통증

 

우리가 평소에 기압을 못느끼는 이유는 우리 몸안의 절대압과 몸밖의 절대압이 같기 때문에 느끼지 못합니다.

 

몸 내부의 절대압 = 몸 밖의 절대압

 

앞에서 말한 비행기를 타거나 터널을 지날때는 외부의 절대압이 낮아져 절대압 변화에 민감한 귀안의 고막이 밖으로 밀려나가 먹먹한 느낌 또는 통증을 유발합니다.

 

몸 내부의 절대압 > 몸 외부의 절대압

 

그와 반대로 수중에서는 외부의 절대압이 높아지기 때문에 안으로 밀려들어와 먹먹한 느낌 또는 통증을  유발합니다.

 

 

몸 외부의 절대압 > 몸 내부의 절대압

 

 

인체에서 절대압 변화에 가장 민감한 고막이 반응 하면서 먹먹한 느낌 또는 통증을 유발하는데, 

5500m이상 올라가야지 절대압이 절반으로 떨어지는 대기와 다르게, 수중에서는 10m만 내려가도 절대압이 두배로 늘어나기 때문에 수중에서 조금의 수심 변화만 와고 귀가 먹먹함을 넘어 통증을 느끼게 됩니다.

 

고막의 통증을 없애는 방법은 차차 앞으로 알아나가겠습니다.

 

 

법칙

스쿠버에서는 몇가지의 법칙을 알고 있으면 재미있고 안전한 다이빙을 할 수 있습니다.

 

온도가 일정할 경우 공기의 부피는 절대압(기압, 수압)의 변화와 반비례하고 밀도는 비례합니다.

공기의 부피는 절대압이 증가 할 수록 줄어듭니다.

 

공기 풍선을 가지고 절대압이 높은 수중으로 들어가면 공기 풍선 크기는 줄어듭니다.

절대압이 낮아지는 하늘 높이 올라갈 수록 공기의 풍선은 크기가 커집니다.

 

 

수심 0m 절대압 1bar 보다 절대압이 2배 증가하는 수심10m에서 공기주머니의 부피는 1/2로 줄어들게 됩니다.

30m에서는 1/3으로 부피가 줄어듭니다.

줄어들었던 공기 주머니를 다시 수면으로 가지고 올라오면 어떻게 될까요?

 

다시 원래 상태의 공기 주머니 부피로 돌아오게 됩니다.

 

기체의 온도가 일정하면 기체의 압력과 부피는 반비례한다는 보일의 법칙.

이 법칙을 알고 있으면 스쿠버에 대한 이해가 많이 될 것입니다.

 

3줄 요약

기체의 온도가 일정하다면 기체의 부피는 절대압의 반비례가 된다.

공기 주머니를 가지고 수심 깊이 들어갈수록 공기 주머니의 부피는 줄어듭니다.

줄어든 공기 주머니를 다시 수면으로 가지고 올라오면 부피가 다시  커집니다.