기압 Atmospheric pressure

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1 기압 Atmospheric pressure
지구과학교육과 풍운학회 곽동훈 김보미 지용민

2 기압의 의미 - 기압의 단위 기압측정의 원리 기압계 Q&A
Index Atmospheric pressure 기압의 의미 - 기압의 단위 기압측정의 원리 기압계 Q&A

3 氣 壓 기압이란? 대기의 압력 공기의 무게 때문에 생기는 기운 (기) 누를 (압)
Atmospheric pressure 기압이란? 氣 壓 기운 (기) 누를 (압) 공기의 무게 때문에 생기는 대기의 압력 기압에 대해 설명하기 전에 기압이라는 단어에 대한 의미를 먼저 살펴보고 가겠습니다. 기압을 한자어로 풀이하면 기운 기, 누를 압 한자를 써서 보이지 않는 것이 누른다는 뜻인데요, 기운 기 자에는 공기, 대기라는 뜻도 들어있습니다. 이를 풀어보면(클릭 후 애니메이션 전환) 공기의 무게 때문에 생기는 대기의 압력이라고 의미를 정의 할 수 있습니다. 기압은 강수량이나 기온과는 달리 직접 눈으로 보거나 느낄 수는 없지만, 일기도 등을 이용해서 대규모의 공기의 움직임을 조사하기 위해서는 없어서는 안 될 중요한 기상요소입니다.

4 지표면 위에 쌓인 공기 기둥이 그 면에 가하는 단위면적당 힘
기압이란? 지표면 위에 쌓인 공기 기둥이 그 면에 가하는 단위면적당 힘 A h ρ ADSTOREPOST.COM

5 기압의 단위 앞에서 기압이란 무엇인지 살펴보았는데요, 이제 기압의 단위에 대해 살펴보겠습니다.
Atmospheric pressure 기압의 단위 앞에서 기압이란 무엇인지 살펴보았는데요, 이제 기압의 단위에 대해 살펴보겠습니다. 혹시 네이버에 기압을 검색해보신분 계신가요?(물어보고 기다림) 아마 아무도 없으신 것 같은데(있으면 애드립으로) 네이버에 기압을 치면 이러한 단위들이 많이 나오는데요. 이 단위들이 어떻게 나오는 것인지 대표적인 것들을 살펴 보겠습니다.

6 기압의 단위 mb hPa 1,000dyne = 1mb 1g 1dyne(g·cm/s²) 1983. WMO(세계기상기구) 회의
Atmospheric pressure 기압의 단위 1,000dyne = 1mb 1983. WMO(세계기상기구) 회의 1g 1cm/s² 1g의 질량 1cm/s²의 가속도 1dyne(g·cm/s²) mb hPa 기압을 나타내기에는 너무 작은 값 대기과학의 단위에는 1g의 질량 1cm/s²의 가속도 1dyne(다인)이라고 하는데 이늗 기압을 나타내기에는 너무 작은 값이므로 그의 천배인 밀리바를 사용하게 되었습니다. Mb(mm bar밀리바=1cm^2에 가해지는 1kg의 힘) 이후 1983년 세계기상기구는 회의를 통해 국제압력단위계인, Pa(파스칼 1㎡의 넓이에 1N(뉴턴)의 힘이 작용할 때의 압력)파스칼로 단위를 변경하였으며 파스칼에 백배라는 접두사인 hecto(헥토)를 붙여 현재 전 세계 공통으로 hPa(헥토파스칼) 단위를 사용하고 있습니다. 그렇다면 1기압은 몇 헥토파스칼인지 한번 확인해볼까요?

7 WMO 기압표준단위, SL(Le Systeme International), MKS
Atmospheric pressure 기압의 단위 1m²의 면적에 1N의 힘이 작용하는 압력 1Pa(kg/ms²) WMO 기압표준단위, SL(Le Systeme International), MKS 1hPa=100Pa≒1mb mmHg ?

8 기압의 단위 (13.596×980.6×76)÷1,000＝1013.25hPa 0도에서 수은밀도 : 13.596g/cm³
Atmospheric pressure 기압의 단위 (13.596×980.6×76)÷1,000＝ hPa 0도에서 수은밀도 : g/cm³ 표준중력 : (cm/s²) 높이가 76cm인 수은 단위환산 =1hPa=1000dyne 1[기압] = 1 [atm] = 76 [cmHg] = 760 [mmHg] = [hPa]

9 기압측정의 원리 에반젤리스타 토리첼리 대기압의 작용으로 수은주 76cm를 올릴 수 있는 힘을 가지고 있다는 사실을 밝혀 냄
Atmospheric pressure 기압측정의 원리 한쪽 끝이 막힌 1m 높이의 유리관에 수은을 채워서 수은 그릇에 거꾸로 세워 놓으면 수은이 밑으로 내려오다 표면에서 높이 76㎝ 되는 곳에서 정지한다. 이것은 대기압이 수은을 눌러 위로 올리려는 힘과 수은 기둥이 누르는 힘의 크기가 서로 같아 평형을 이루기 때문이다. 즉, 대기압의 크기는 수은 기둥 76㎝가 누르는 압력과 같다고 볼 수 있다. 만약 외부의 대기압이 더 크다면 수은 기둥은 위로 더 높이 올라가서 정지할 것이다. 이 원리를 이용해 만든 기압계가 수은 기압계이다. 대기압의 작용으로 수은주 76cm를 올릴 수 있는 힘을 가지고 있다는 사실을 밝혀 냄 에반젤리스타 토리첼리 Evangelista Torricelli ( ~ )

10 잠깐 쉬어가기♬ 압력계의 역사 (그리고 그것의 작동법)
Atmospheric pressure 잠깐 쉬어가기♬ 압력계의 역사 (그리고 그것의 작동법)

11 Atmospheric pressure 기압계 포르틴형 수은기압계 아네로이드형 기압계

12 기압계 원리 : 토리첼리(Torricelli)실험의 이용
Atmospheric pressure 기압계 원리 : 토리첼리(Torricelli)실험의 이용 주요부분 : 수은주, 부착온도계, 기압눈금 및 부척으로 이루어져 있으며, 기압눈금은 mm 또는 inch, hPa단위로 새겨져 있다. 특징 : 취급법과 측정법이 까다로우나 정밀도 높은 기압측정이 가능하다. 수은기압계의 오차는 기압계실 내부의 급격한 기압변화, 부착온도계의 불확실성, 진공상태의 불량, 수직성 결여 등에 의해 발생할 수 있다. 1) 포르틴형 수은 기압계 수은의 총량은 일정하므로 기압이 승강해서 수은주의 높이가 변하면, 수은용기의 수은면도 승강한다. 이때 하단의 나사를 돌려서 수은용기의 체적을 변화시켜 수은면을 눈금의 원점에 맞추게 한 것이 일반적인 것이어서 포르틴형 수은기압계로 불리고 있다.

13 기압계 1) 포르틴형 수은 기압계 기압 측정에 수은을 사용하는 이유 수은 : 독성이 강한 물질
Atmospheric pressure 기압계 1) 포르틴형 수은 기압계 기압 측정에 수은을 사용하는 이유 수은 : 독성이 강한 물질 높은 비중(0℃에서 13,595.1 kgm-3 , 물의 약 14배) 낮은 증기압(0℃에서 hPa) 작은 선형팽창계수( cm/℃)와 작은 비열(0℃에서 (cal/g℃) 낮은 어는점( ℃)과 높은 끓는 점( ℃) 쉽게 정제가 가능하고 매우 안정된 물질 수은의 총량은 일정하므로 기압이 승강해서 수은주의 높이가 변하면, 수은용기의 수은면도 승강한다. 이때 하단의 나사를 돌려서 수은용기의 체적을 변화시켜 수은면을 눈금의 원점에 맞추게 한 것이 일반적인 것이어서 포르틴형 수은기압계로 불리고 있다.

14 기압계 기압 측정 순서 1) 포르틴형 수은 기압계 부착된 온도계의 눈금을 읽는다.
Atmospheric pressure 기압계 기압 측정 순서 부착된 온도계의 눈금을 읽는다. 하단의 나사를 돌려서 수은면을 눈금의 원점에 해당하는 상아의 지침의 선단에 대략 맞춘다. 수은주의 상단부를 손가락으로 가볍게 두드려서 수은면의 형태를 정리한다. 다시 하단의 나사를 조심스럽게 돌려서 지침의 선단과 수은면 사이에 빛이 희미하게 보일까 말까 할 정도로 한다. 눈을 수은주의 상면과 같은 높이로 놓고 부척의 하단과 수은면의 둥근 부분의 제일 높은 곳과의 사이로 빛이 희미하게 보일까 말까 할 정도로 한다. mm 또는 hPa의 1의 자리까지는 주척에서 읽고, 소수점 이하의 자리는 부척에서 읽는다. ㅇㅇㄹㄴㄹ값읽기가 끝나면 하단의 나사를 돌려 수은면을 내려 원위치로 놓는다. 수은면과 상아지침이 접촉된 채로 놓아두면 수은이 흐려지기 쉽기 때문이다. 1) 포르틴형 수은 기압계

15 기압계 기압 보정 수은기압계에 의해 기압을 관측하는 경우 온도보정, 중력보정, 해면보정, 기차보정이 필요하다.
Atmospheric pressure 기압 보정 수은기압계에 의해 기압을 관측하는 경우 온도보정, 중력보정, 해면보정, 기차보정이 필요하다. 온도보정 : 수은의 체적팽창계수를 고려하며, 기압계에 부착된 온도계의 0℃ 보정 중력보정 : 현지의 중력가속도로 결정되며, 표준중력가속도( m/s2)에 대한 비율만큼 보정급 및 점검 해면보정 : 고도에 따른 기압의 변화를 보정해주기 위해 평균해수면을 표준고도로 해서 그 높이의 값으로 보정한다 기차보정 : 측기 제조시 발생한 오차와 불완전한 진공상태에 대한 오차 보정 기압계 1) 포르틴형 수은 기압계 1) 기차보정 : 기차보정은 기압계 각각이 갖는 고유의 오차를 읽은 값에 대해서 보정을 하는 것. 여기서 오차라고 하는 것은 진실의 양에 대한 기상측기가 나타내는 양의 초과량 또는 부족량을 말하고, 기상측기가 나타내는 양을 진실의 양에 보정하는 것을 기차보정이라 한다. 또 이 보정하는 양을 보정치라고 한다. 2) 온도보정 : 만일 수은과 온도의 척도가 0℃이고 관측장소의 중력이 표준중력과 일치하면 기압의 관측치에 기차보정을 해서 그 값을 그대로 hPa 또는 mm로 나타내면 된다. 그러나 실제로 그러한 상태로는 잘 되지 않으므로 보정이 필요하게 된다. 부착온도계의 시도(눈금)가 t℃일 때, 이를 0℃로 고치기 위한 보정을 온도보정이라 하고, 그 때의 온도보정치 는 다음 식에 의해서 구해진다. C = - × t 은 기차보정을 한 기압의 값으로 mm로 주어지면 온도보정을 한 기압보정값은 의 값은 양(+)이 된다. 부착온도계의 시도 t의 오차가 1℃일 때, 보정치의 오차는 0.1~0.2 hPa 정도이다. 3) 중력보정 : 관측자의 높이, 지형의 영향, 시간적 변화를 고려하여 같은 조건에서 중력값을 정리하는 절차이다. 지표면에서의 중력은 고도에 따라 달라지고, 자전에 의해 위도에 따라서도 차이가 생긴다. 기압측정 시에는 중력에 따라 수은주의 무게가 다르므로, 수은주의 높이는 대기압이 일정하더라도 관측지점의 중력에 따라 다르게 나타난다. 따라서 표준중력 cm/s²일 때의 기압값으로 보정한다.

16 눈금간격의 신축에 의한 기압의 변화를 보정한다.
Atmospheric pressure 기압계 온도보정 온도에 따른 수은의 팽창, 압축과 눈금간격의 신축에 의한 기압의 변화를 보정한다. Ct = - B1 X t (B1기차보정을 한 값(hPa or mm), t는 섭씨온도, Ct 는 보정값) 따라서 온도 보정한 기압은 B2 = B1 + Ct 이다 1) 포르틴형 수은 기압계 1) 기차보정 : 기차보정은 기압계 각각이 갖는 고유의 오차를 읽은 값에 대해서 보정을 하는 것. 여기서 오차라고 하는 것은 진실의 양에 대한 기상측기가 나타내는 양의 초과량 또는 부족량을 말하고, 기상측기가 나타내는 양을 진실의 양에 보정하는 것을 기차보정이라 한다. 또 이 보정하는 양을 보정치라고 한다. 2) 온도보정 : 만일 수은과 온도의 척도가 0℃이고 관측장소의 중력이 표준중력과 일치하면 기압의 관측치에 기차보정을 해서 그 값을 그대로 hPa 또는 mm로 나타내면 된다. 그러나 실제로 그러한 상태로는 잘 되지 않으므로 보정이 필요하게 된다. 부착온도계의 시도(눈금)가 t℃일 때, 이를 0℃로 고치기 위한 보정을 온도보정이라 하고, 그 때의 온도보정치 는 다음 식에 의해서 구해진다. C = - × t 은 기차보정을 한 기압의 값으로 mm로 주어지면 온도보정을 한 기압보정값은 의 값은 양(+)이 된다. 부착온도계의 시도 t의 오차가 1℃일 때, 보정치의 오차는 0.1~0.2 hPa 정도이다. 3) 중력보정 : 관측자의 높이, 지형의 영향, 시간적 변화를 고려하여 같은 조건에서 중력값을 정리하는 절차이다. 지표면에서의 중력은 고도에 따라 달라지고, 자전에 의해 위도에 따라서도 차이가 생긴다. 기압측정 시에는 중력에 따라 수은주의 무게가 다르므로, 수은주의 높이는 대기압이 일정하더라도 관측지점의 중력에 따라 다르게 나타난다. 따라서 표준중력 cm/s²일 때의 기압값으로 보정한다.

17 B2 = B1 + Ct , g = 그 장소의 중력, Cg 는 중력보정치
Atmospheric pressure 기압계 중력보정 관측한 장소의 중력이 표준중력과 일치하지 않을 때에 하는 보정 수은기압계로 측정한 기압은 그 지점의 중력에 의해 좌우되므로 표준중력 cm/s2 의 값으로 환산한다. B2 = B1 + Ct , g = 그 장소의 중력, Cg 는 중력보정치 ∴ 중력보정치 값 B3 = B2 +Cg 1) 포르틴형 수은 기압계 1) 기차보정 : 기차보정은 기압계 각각이 갖는 고유의 오차를 읽은 값에 대해서 보정을 하는 것. 여기서 오차라고 하는 것은 진실의 양에 대한 기상측기가 나타내는 양의 초과량 또는 부족량을 말하고, 기상측기가 나타내는 양을 진실의 양에 보정하는 것을 기차보정이라 한다. 또 이 보정하는 양을 보정치라고 한다. 2) 온도보정 : 만일 수은과 온도의 척도가 0℃이고 관측장소의 중력이 표준중력과 일치하면 기압의 관측치에 기차보정을 해서 그 값을 그대로 hPa 또는 mm로 나타내면 된다. 그러나 실제로 그러한 상태로는 잘 되지 않으므로 보정이 필요하게 된다. 부착온도계의 시도(눈금)가 t℃일 때, 이를 0℃로 고치기 위한 보정을 온도보정이라 하고, 그 때의 온도보정치 는 다음 식에 의해서 구해진다. C = - × t 은 기차보정을 한 기압의 값으로 mm로 주어지면 온도보정을 한 기압보정값은 의 값은 양(+)이 된다. 부착온도계의 시도 t의 오차가 1℃일 때, 보정치의 오차는 0.1~0.2 hPa 정도이다. 3) 중력보정 : 관측자의 높이, 지형의 영향, 시간적 변화를 고려하여 같은 조건에서 중력값을 정리하는 절차이다. 지표면에서의 중력은 고도에 따라 달라지고, 자전에 의해 위도에 따라서도 차이가 생긴다. 기압측정 시에는 중력에 따라 수은주의 무게가 다르므로, 수은주의 높이는 대기압이 일정하더라도 관측지점의 중력에 따라 다르게 나타난다. 따라서 표준중력 cm/s²일 때의 기압값으로 보정한다.

18 기압계 해면보정 1) 포르틴형 수은 기압계 한 장소에서도 고도에 따라 기압이 달라지므로 관측 지점의 고도에 따른
Atmospheric pressure 기압계 해면보정 한 장소에서도 고도에 따라 기압이 달라지므로 관측 지점의 고도에 따른 기압의 변화를 보정해주기 위해 평균해수면을 표준고도로 해서 그 높이의 값으로 보정한다. g : 관측지점의 중력(m/s²), h : 관측지점의 해발고도(m) tm : 관측점과 해수면 사이의 평균기온 em : 수증기에 대한 보정치 1) 포르틴형 수은 기압계 1) 기차보정 : 기차보정은 기압계 각각이 갖는 고유의 오차를 읽은 값에 대해서 보정을 하는 것. 여기서 오차라고 하는 것은 진실의 양에 대한 기상측기가 나타내는 양의 초과량 또는 부족량을 말하고, 기상측기가 나타내는 양을 진실의 양에 보정하는 것을 기차보정이라 한다. 또 이 보정하는 양을 보정치라고 한다. 2) 온도보정 : 만일 수은과 온도의 척도가 0℃이고 관측장소의 중력이 표준중력과 일치하면 기압의 관측치에 기차보정을 해서 그 값을 그대로 hPa 또는 mm로 나타내면 된다. 그러나 실제로 그러한 상태로는 잘 되지 않으므로 보정이 필요하게 된다. 부착온도계의 시도(눈금)가 t℃일 때, 이를 0℃로 고치기 위한 보정을 온도보정이라 하고, 그 때의 온도보정치 는 다음 식에 의해서 구해진다. C = - × t 은 기차보정을 한 기압의 값으로 mm로 주어지면 온도보정을 한 기압보정값은 의 값은 양(+)이 된다. 부착온도계의 시도 t의 오차가 1℃일 때, 보정치의 오차는 0.1~0.2 hPa 정도이다. 3) 중력보정 : 관측자의 높이, 지형의 영향, 시간적 변화를 고려하여 같은 조건에서 중력값을 정리하는 절차이다. 지표면에서의 중력은 고도에 따라 달라지고, 자전에 의해 위도에 따라서도 차이가 생긴다. 기압측정 시에는 중력에 따라 수은주의 무게가 다르므로, 수은주의 높이는 대기압이 일정하더라도 관측지점의 중력에 따라 다르게 나타난다. 따라서 표준중력 cm/s²일 때의 기압값으로 보정한다.

19 아네로이드(Aneroid) :‘액체를 이용하지 않다’
Atmospheric pressure 기압계 아네로이드(Aneroid) :‘액체를 이용하지 않다’ 2) 아네로이드형 기압계 원리 : 얇은 금속으로 만든 진공 상태의 용기가 기압이 높아지면 오므라들고, 반대로 기압이 낮아지면 부풀어 오르는 성질을 이용하여 기압을 측정한다. 특징 : 휴대하기 편리하고 견고하기 때문에 선박이나 항공기를 비롯하여 일반적으로 사용되고 있다 아네로이드형 기압계의 오차는 온도변화의 영향이 크며 기압측정의 정밀도는 좋지 않으나, 아네로이드 기압계의 눈금을 적절하게 바꾸면 고도계로서 변형이 가능.

20 Atmospheric pressure 기압계 2) 아네로이드형 기압계 아네로이드형 기압계의 원리 아네로이드형 기압계의 구조

21 기압계 좋은 기압계가 갖추어야 할 조건 기압계의 정확성이 장기간 변하지 말아야 한다.
Atmospheric pressure 기압계 좋은 기압계가 갖추어야 할 조건 기압계의 정확성이 장기간 변하지 말아야 한다. 시도(read)를 용이하고 신속히 읽을 수 있어야 한다. 정확성을 유지하면서 운반할 수 있는 것이어야 한다. 유리관 내경이 7mm이상 되어야 하고, 9mm정도가 적당하다. 유리관으로 되어 있어야 하며, 진공상태이어야 한다. 수은의 순도는 상당히 중요하므로 이중증류와 기름제거 및 반복적인 세척과 여과가 된 것이어야 한다. 표준중력하에서 정확한 시도를 나타내는 실제온도가 새겨져야 한다. 즉, 눈금은 0℃에서 정확한 시도를 나타내도록 새겨져야 한다. 해상용 기압계에서는 어느 일점의 오차가 ±0.5hPa을 초과해서는 안된다.

22 Q&A

23 감사합니다 참고문헌 및 출처 ※ 네이버 캐스트 - 지구과학산책(기압) (반기성)
※ 『대기측기 및 관측』, 청문각(2015), (소선섭 외 3명) ※ 기상청 - 예보관훈련교재_대기관측및해석 ※ 두산백과 – 수은 기압계, 아네로이드 기압계