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보일의 법칙/Boyle's Law 2)
james (211.♡.20.147)
14-01-31 12:49
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보일의 법칙/Boyle's Law 2)
보일의 법칙은 상수, 항상 일정하고 변하지 않는 수, 를 필요로 하기 때문에 한 압력과 부피를 다른 압력과 부피로 비교하는 데 더욱 유용하도록 공식을 재정리할 수 있으며, 처음의 압력과 부피를 P1 과 V1이라고 부르고, 두 번째 압력과 부피를 P2와 V2 에서의 공식은:
P1 x V1 = K
그리고
P2 x V2 = K
그러므로 우리는 다음과 같이 말할 수 있습니다.
P1 x V1 = K = P2 x V2
또는 더욱 간단하게
P1 x V1 = P2 x V2
그러므로 만약 우리가 한 수심에서의 압력과 부피를 안다면 다른 수심(압력) 에서의 부피를 구할 수 있고, 예를 들어 바다 수심 26미터에서 한 물체를 인양하려고 한다고 가정하면, 유일하게 여러분이 가지고 있는 인양도구는 타이어 안쪽 튜브 밖에 없어서 반드시 얼마나 많은 공기를 넣어야 이 물체를 들어 올릴 수 있는지 구해야 한다고 하면, 또한 공기를 너무 많이 넣어서 이 타이어 튜브가 터지지 않도록 해야 합니다.
물체의 무게와 부력에 기초하여 여러분은 29킬로그램의 부력을 가해야 이 물체를 들어 올릴 수 있다는 걸 알아냈습니다. 그러니까 수중(바닷물)에서의 물체의 무게 29킬로그램인 것입니다. 수면에서 타이어 튜브에 얼마나 많은 공기를 팽창시킬 것인가를 구해보면:
P1 = 3.6바 ata
(수심이 바닷물 26미터이므로 26 ÷ 10 + 대기압 1바/ata = 3.6바/ata)
V1 = 28.1 리터
(바닷물은 1리터 당 1.03 kg의 무게를 가지므로 29kg ÷ 1.03 = 28.16 리터.)
P2 = 1바/ata(수면의 절대압)
V2 = 알 수 없고 우리가 구해야 합니다.
공식 P1 x V1 = P2 x V2을 이용하여 이미 계산하여 알고 있는 숫자를 대입시키면:
3.6바/ata x 28.16 리터 = 1바/ata x V2
101.38 리터 = V2 는 수면에서의 공기량이며, 물체가 위치한 장소에서의 공기량은 28.16리터임을 알아냈습니다.
이제 여러분은 타이어 튜브에 101.38 리터의 공기를 넣으면 터지지 않고 수면까지 이 물체를 인양할 수 있다는 것을 알았으며, 여러분은 P1 x V1 = P2 x V2의 이 네 가지 중 세 가지 값을 안다면 언제라도 사용할 수 있고, 어떤 부피 또는 절대압의 단위라도 통일적으로 이용하여 값을 구할 수 있습니다. 위의 문제에서 바/ata 대신 kg/㎠ 또는 psi를 사용할 수 있고 입방피트 대신 갤런을 이용하여 값을 구할 수도 있습니다.
보일의 법칙은 압력과 부피는 반비례한다고 말하며, 그러나 압력과 밀도는 이와 반대로 정비례하고, 이것은 쉽게 이해할 수 있습니다. 압력을 높임으로 기체 부피를 줄이면 같은 숫자의 분자들은 적은 공간에 위치하게 되며, 이 말은 기체 분자들이 더 가까이 위치하게 되어 더욱 밀도가 높아진다는 말입니다. 그렇기 때문에 밀도는 절대압에 정비례합니다.
2바/ata에서 주어진 부피의 공기는 수면에서보다 2배 더 밀도가 크고, 3바/ata에서는 3배의 밀도가 높게 됩니다. 이 때문에 우리가 깊이 들어갈수록 더 빨리 공기를 소모하게 되며, 주변 수심의 압력과 같은 압력만큼의 공기를 호흡하게 되고, 10미터에서 큰 숨을 들이쉬면 수면에서 큰 숨을 들이쉬는 것보다 2배의 공기분자들을 들이마시게 되며, 그러므로 각 호흡마다 수면에서보다 2배 더 많이 공기분자를 들이마시게 되므로 공기는 수면에 비해 반시간 만에 다 써버리게 됩니다.
여러분이 하강함으로 보일의 법칙으로 예상된 이 관계는 지속되어 깊이 내려가면 갈수록 스쿠버 실린더에서 더 많은 공기를 소모하게 되고, 3기압에서 공기는 수면보다 3분의 1밖에 유지되지 않으며, 4기압에서는 4분의 1이면 다 소모하게 됩니다. 수면에서 2시간이나 호흡할 수 있는 기체는 100미터 수심에서 10.9분이면 소모되어 버리기 때문에 테크니컬 다이빙에서는 중요한 고려사항이 됩니다.
그렇기 때문에 텍(PADI Tec Rec) 다이버들은 전형적으로 트윈의 고용량 탱크를 사용하고 있고 갈수록 내뱉은 호흡을 재활용 하는 완전폐쇄 리브리더(CCR/ Closed Circuit Rebreathers)에 대한 관심이 더욱 증가하고 있는 것입니다. PADI Tec Rec 또는 재호흡기(CCR) 코스에 관심이 계신 분은 스쿠바몰로 연락 주십시오!
한 수심의 압력을 알아내는 것이 다이빙을 계획할 때 공기 예측에 유용하긴 하나 항상 공기 소모량은 일정하지 않기 때문에 정확하지 않을 수 있습니다. 공기소모량은 추위나 수중에서 움직임의 정도 그리고 스트레스 등의 요인에 따라 극적으로 변화할 수 있고 또한 대부분의 경우 한 수심에 머물러 있지 않을 것입니다.
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확실히 보일의 법칙은 다이빙에 크게 적용되며, 모든 다이빙에서 여러분은 기체로 채워진 용기, 여러분의 BCD, 스쿠버 실린더, 마스크, 부비동, 귀의 공기공간과 폐 를 휴대하게 되고, 심지어는 웨트 슈트 또한 슈트 안의 네오플랜 안에 수백만의 작은 공기방울이 존재하여 압력의 변화와 함께 늘어나기도 하고 줄어들기도 합니다(이 때문에 깊이 다이빙하는 경우 단열이 덜 되고 부력 역시 감소됩니다).
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참고문헌: Instructor Manual(PADI)
The Encyclopedia of Recreational Diving(PADI)
Diving Knowledge Workbook(PADI)
Divemaster Manual(PADI)
스쿠바몰(그린피스) 코스디렉터 강 정훈
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