Pfeiffer Vacuum

1.2.1 진공의 정의

압력은 단위 면적 당 수직으로 작용하며 균일하게 분산된 힘 의 비율로 정의됩니다.

\[p = \frac FA\]

$p$ 압력 [Pa]
$F$ [N]; 1 N = 1 kg m s-2
$A$ 면적 [m2]

공식 1-3: 압력의 정의

밀폐 용기 내의 기체 입자는 열 운동을 수행합니다. 용기 벽 과의 상호작용에서 원자와 분자는 많은 횟수의 충돌을 경험 합니다. 각각의 충돌은 용기 벽에 힘을 행사합니다. 밀폐된 기체가 외부의 영향에 노출되지 않은 곳에서 발생하는 수많 은 충돌은 어느 지점 어느 방향에서 측정을 하든 용기 내의 어떤 지점에서 일어나는 것과 동일한 압력을 만들어냅니다.

전체 압력의 정의

그림 1.2: 전체 압력의 정의

실제로 단 하나의 기체만 사용하는 경우는 드뭅니다. 다른 가스들을 혼합하는 경우가 훨씬 더 일반적입니다. 이 기체들 중 각각의 단일 구성요소는 다른 구성요소와 무관하게 측정 될 수 있는 특수한 압력을 행사합니다. 다른 구성요소들에 의 해 행사된 이 압력을 분압이라 부릅니다. 이상적인 기체들의 경우 다양한 구성요소들의 분압은 전체 압력에 추가될 뿐 서 로를 간섭하지는 않습니다. 모든 분압의 합계가 전체 압력입 니다.

분압의 정의

그림 1.3: 분압의 정의

기체 혼합의 예가 주변 공기입니다. 주변 공기의 분압 구성은 표 1.1 [3]에 제시되어 있습니다.

기체 유형 화학 공식 부피(%) 분압[hPa]
질소 N2 78.09 780.9
산소 O2 20.95 209.5
수증기 H2O < 2.3 < 23.3
아르곤 Ar 9.3·10 -1 9.3
이산화탄소 CO2 3.0·10-2 3.0·10-1
네온 Ne 1.8·10 -3 1.8·10-2
수소 H2 < 1·10-3 < 1·10-2
헬륨 He 5.0·10 -4 5.0·10-3
메탄 CH4 2.0·10-4 2.0·10-3
크립톤 Kr 1.1·10 -4 1.1·10-3
일산화탄소 CO < 1.6·10-5 < 1.6·10-4
크세논 Xe 9.0·10 -6 9.0 . 10-5
아산화질소 N2O 5.0·10 -6 5.0·10-5
암모니아 NH3 2.6·10-6 2.6·10-5
오존 O3 2.0·10-6 2.0·10-5
과산화수소 H2O 2 4.0·10-8 4.0·10-7
요오드 I2 3.5·10-9 3.5·10-8
라돈 Rn 7.0·10 -18 7.0·10-17

표 1.1: 대기의 구성 표시된 분압은 1,000 hPa을 나타냅니다. 참고: 수증기 표시 값은 293 K (20°C)의 포화 상태입니다. 이산화탄소와 일산 화탄소의 값은 장소와 시간에 따라 변동됩니다. 일산화탄소 표시 값은 대도시 의 최대값입니다. 기타 소스는 5 · 10-5 %의 천연 수소 농도와 5 · 10-4 hPa의 분압을 나타냅니다

우주에서는 은하수들의 근접성에 따라 10-18 hPa 이하의 압 력이 유지됩니다. 지구에서는 기술적으로 생성된 10-16 hPa 미만의 압력이 보고된 바 있습니다. 10-16 hPa까지의 대기압 은 범위가 소수점 이하 19자리까지입니다. 압력 범위에 대해 특수하게 조정된 진공 생성 및 측정의 유형들은 Table 1.2에 제시된 것처럼 다양한 압력 범위를 세분화한 것입니다.

압력 범위 압력 hPa 압력 Pa cm3 당 수밀도 m의 평균 자유 행로
대기압 1,013.25 101,325 2.7·1019 6.8·10-8
저진공(LV) 300…1 30,000…100 1019…1016 10-8…10-4
중간 진공(MV) 1…10-3 100…10-1 1016 …1013 10-4…10-1
고진공(HV) 10-3…10-7 10-1…10-5 1013…109 10-1…103
초고진공(UHV) 10-7…10-12 10-5…10-10 109…104 103…108
극고진공(XHV) <10-12 <10-10 <104 >108

표 1.2: 진공 기술의 압력 범위

압력 측정 단위는 파스칼(pascal)입니다. 이 단위는 프랑 스의 수학자, 물리학자, 작가 겸 철학자인 블레즈 파스칼 (Blaise Pascal, 1623 – 1662)의 이름을 따라 명명되었습니다. Formula 1-3에 따르면, SI 단위인 pascal은 Pa = N m-2 로 구 성됩니다. 단위 mbar, torr 그리고 표 1.3에 제시된 단위들은 실제로 흔히 사용됩니다.

Pa bar hPa µbar Torr micron atm at mm WS psi psf
Pa 1 1·10-5 1·10-2 10 7.5·10-3 7.5 9.87·10-6 1.02·10-5 0.102 1.45·10-4 2.09·10-2
bar 1·105 1 1·103 1·106 750 7.5·105 0.987 1.02 1.02·104 14.5 2.09·103
hPa 100 1·10-3 1 1,000 0.75 750 9.87·10-4 1.02·10-3 10.2 1.45·10-2 2.09
µbar 0.1 1·10-6 1·10-3 1 7.5·10-4 0.75 9.87·10-7 1.02·10-6 1.02·10-2 1.45·10-5 2.09·10-3
Torr 1.33·102 1.33·10-3 1.33 1,330 1 1,000 1.32·10-3 1.36·10-3 13.6 1.93·10-2 2.78
micron 0.133 1.33·10-6 1.33·10-3 1.33 1·10-3 1 1.32·10-6 1.36·10-6 1.36·10-2 1.93·10-5 2.78·10-3
atm 1.01·105 1.013 1,013 1.01·106 760 7.6·105 1 1.03 1.03·104 14.7 2.12·103
at 9.81·104 0.981 981 9.81·105 735.6 7.36·105 0.968 1 1·10-4 14.2 2.04·103
mm WS 9.81 9.81·10-5 9.81·10-2 98.1 7.36·10-2 73.6 9.68·10-5 1·10-4 1 1.42·10-3 0.204
psi 6.89·103 6.89·10-2 68.9 6.89·104 51.71 5.17·104 6.8·10-2 7.02·10-2 702 1 144
psf 47.8 4.78·10-4 0.478 478 0.359 359 4.72·10-4 4.87·10-4 4.87 6.94·10-3 1

표 1.3: 압력 단위의 변환표

 

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