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17세기 과학자 에반젤리스타 토리첼리의 실험은 대기압과 진공 개념을 확립하고, 압력 단위인 토르(Torr)의 탄생으로 이어졌습니다. 토리첼리의 기압계 발명과 이로 인해 발전한 압력 측정의 역사적 배경을 소개합니다.
1. 토리첼리의 기압계 발명
17세기 이탈리아 과학자 에반젤리스타 토리첼리는 대기압을 측정할 수 있는 도구인 기압계를 발명했습니다. 당시 사람들은 진공의 존재를 부정했으나, 토리첼리는 수은을 이용한 실험을 통해 대기압의 실체를 밝혔습니다. 수은 기둥이 일정한 높이에서 멈춘 이유는 바로 대기압 때문이었으며, 이는 자연 현상의 설명에 있어 큰 돌파구를 제공했습니다. 그의 실험은 다음과 같습니다.
갈릴레오 갈릴레이의 제안에 따라 길이 약 4피트(1.2m)의 유리관에 수은을 가득 채운 실험을 진행했습니다. 그는 관을 접시에 담긴 수은 속에 뒤집어 놓았고, 일부 수은이 흘러나오지 않은 채 유리관 안의 상단 부분이 비어 있는 현상을 관찰했습니다. 이를 통해 그는 관 안의 빈 공간이 진공임을 알아냈습니다. 이 실험은 토리첼리를 지속적인 진공을 만든 최초의 인물로 자리매김하게 했습니다. 그는 또한 수은의 높이가 매일 변하는 것을 관찰한 후, 이 현상이 대기압의 변화 때문이라는 결론을 내렸습니다.
- 재료 준비
- 길이 약 1.2미터(4피트)의 유리관 (한쪽 끝은 닫혀 있음)
- 수은(mercury) (당시 널리 사용된 액체 금속)
- 수은이 담긴 접시 (수은이 들어갈 수 있는 넓은 접시 또는 용기)
- 유리관 채우기
- 먼저, 토리첼리는 유리관을 수은으로 가득 채웠습니다. 이때 유리관의 닫힌 끝에서 수은이 넘치지 않게 주의해야 했습니다.
- 유리관 안에 공기가 들어가지 않도록 천천히 수은을 채웠습니다.
- 유리관을 뒤집기
- 유리관의 열린 끝을 수은이 담긴 접시 속으로 조심스럽게 뒤집어 넣었습니다. 이 과정에서 유리관의 닫힌 끝이 위를 향하도록 세웠습니다.
- 유리관의 열린 끝이 접시의 수은에 잠기도록 유지하면서 수은이 흘러나오지 않도록 주의했습니다.
- 수은 기둥의 관찰
- 유리관 안의 수은이 70~76cm 높이에서 멈췄으며, 그 상단에는 진공(공기가 없는 공간)이 생겼습니다.
- 이 실험을 통해 토리첼리는 수은이 멈춘 이유가 대기압에 의해 지지되고 있다는 결론을 내렸습니다. 즉, 유리관 내의 진공 부분은 아무 것도 없는 '진공'임을 증명한 것입니다.
- 대기압의 변동
- 그는 수은 기둥의 높이가 날씨와 온도 변화에 따라 변동하는 것을 관찰했고, 이 변동이 대기압의 변화에 따른 것임을 알아냈습니다.
2. 토르(Torr) 단위의 유래
토리첼리의 기압계 발명 이후, 압력의 표준 측정 단위 중 하나로 토르(Torr)가 사용되었습니다. 1 Torr는 수은 기둥이 1mm 높이일 때의 압력을 나타내며, 760 Torr가 1기압과 동일합니다. 이는 대기압과 진공을 정확하게 측정하고 계산하는 중요한 기준이 되었습니다. 에반젤리스타 토리첼리(Evangelista Torricelli)의 연혁은 다음과 같습니다.
1608년: 이탈리아 파엔차에서 태어남
1632년~1641년: 갈릴레오의 제자인 베네데토 카스텔리에게 수학과 물리학을 배움
1641년: 갈릴레오 갈릴레이의 마지막 시기에 플로렌스로 가서 그의 연구를 돕기 시작
1643년: 기압계(바로미터)를 발명하고 진공의 존재를 실험적으로 증명
1644년: 대기압 측정을 위한 수은 기둥 실험을 발표하여 과학계에 큰 반향을 일으킴
1644년: 기하학적 연구를 모아 『Opera Geometrica』 출판
1647년: 플로렌스에서 병으로 사망
이 연혁을 통해 토리첼리는 17세기 과학 발전에 중대한 기여를 한 과학자로 기억됩니다
3. 토리첼리의 실험이 미친 영향
토리첼리의 실험은 대기압에 대한 과학적 이해를 크게 발전시켰습니다. 그 전까지 진공이 존재하지 않는다고 믿었던 사람들에게 토리첼리는 진공의 존재를 증명했고, 이를 통해 과학적 사고방식이 크게 변화되었습니다. 이후 대기압, 진공, 압력에 대한 연구는 공학, 물리학, 그리고 다양한 산업 분야에서 매우 중요한 역할을 하게 되었습니다.
마무리
압력 단위 중 하나인 토르는 단순히 측정 단위 이상의 의미를 갖습니다. 토리첼리의 실험은 대기압과 진공에 대한 새로운 이해를 제공했을 뿐만 아니라, 현대 과학의 발전에도 기여했습니다. 이러한 역사적인 사건은 오늘날 우리가 압력을 이해하고 측정하는 방식에 큰 영향을 미쳤으며, 이로 인해 많은 산업 분야에서 중요한 도구로 자리 잡았습니다.