개념 한 쪽
정지한 유체의 압력은 깊이와 비중량에 비례한다. 같은 깊이라면 비중량이 큰 액체일수록 압력이 크고, 같은 압력이라면 가벼운 액체일수록 액주가 높이 올라간다. 압력을 읽을 때는 완전 진공을 기준으로 한 절대압력인지, 대기압을 기준으로 한 계기압력인지를 먼저 정해야 한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기 회원용
가입 없이 오늘의 10문제 바로 풀기 →
출제기준 단원 「정지 및 강체유동(등가속도)유체의 압력 변화, 부력」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 정압 성질 | 1 | 고인 유체 압력의 성질 고르기 |
| 비중량 계산 | 1 | 깊이와 계기압으로 액체의 비중량 구하기 |
| 부르동관 압력계 | 1 | 타원관 팽창 원리를 쓰는 계기 이름 고르기 |
정수압은 비중량과 깊이의 곱이다. 수면에서 20m 깊이의 계기압력이 0.25MPa라면, 0.25MPa를 250kN/m²로 바꾸고 20m로 나누어 비중량이 12.5kN/m³임을 구한다. 압력 단위를 메가파스칼에서 킬로뉴턴 매 제곱미터로 바꾸는 단계가 계산의 출발이다.
정압의 성질은 방향과 비례 관계로 정리된다. 밀폐된 용기 안의 한 점에 가해진 압력은 모든 방향으로 같은 크기로 전달된다. 정지한 유체의 압력은 작용면에 수직으로 작용한다. 개방된 용기에서 압력은 깊이에 비례하고 밀도에도 비례한다. 압력이 작용면에 수평으로 작용한다거나 밀도에 반비례한다는 설명은 틀렸다.
절대압력과 계기압력은 기준점이 다르다. 계기압력은 절대압력에서 대기압을 뺀 값이고, 절대압력은 계기압력에 대기압을 더한 값이다. 표준대기압 101.3kPa 아래에서 계기압력 190kPa이면 절대압력은 291.3kPa이다. 계기압력이 730mmHg이면 730 × 0.1333으로 약 97.3kPa로 바꾼 뒤 101.3kPa를 더해 약 198.6kPa가 된다.
진공압은 대기압보다 낮은 부분을 나타내므로 대기압에서 빼야 한다. 진공압이 40mmHg이면 40 ÷ 760 × 101.3으로 약 5.33kPa가 되고, 절대압력은 101.3 - 5.33으로 약 96kPa다. 진공압이 400mmHg이면 760 - 400 = 360mmHg가 절대압력이고, 101.3 × 360 ÷ 760으로 약 48kPa가 된다. 절대압력이 240mmHg인데 대기압이 760mmHg이면 계기압력은 -520mmHg이고, 이를 킬로파스칼로 바꾸면 약 -69.3kPa다. 음수는 진공 상태를 뜻한다.
액주 높이는 압력과 비중의 관계로 구한다. 국소대기압이 102kPa이고 비중 1.59, 증기압 13kPa인 액체로 기압계를 만들면, 밀도는 1,000 × 1.59 = 1,590kg/m³이고 유효압력은 102 - 13 = 89kPa다. 이를 밀도와 중력가속도의 곱으로 나누면 액주 높이는 약 5.71m가 된다. 증기압을 빼지 않으면 6.55m로 계산되어 답이 달라진다.
두 액체의 압력차가 같으면 높이와 비중은 반비례한다. 수은 비중 13.6으로 4cm인 압력차가 다른 액체에서는 25cm라면, 13.6 × 4 = 비중 × 25이므로 그 액체의 비중은 약 2.176이다. 무거운 액체일수록 같은 압력에서 낮게 오른다.
압력계의 구조도 구분한다. 타원형 단면의 금속관이 내부 압력에 의해 원형에 가깝게 팽창하는 변형을 이용하는 것은 부르돈 압력계다. 수은기압계와 액주계는 액체 기둥의 높이를 이용하고, 경사미압계는 기둥의 경사 각도를 이용한다.
판단은 기준점과 높이에서 갈린다. 20m 깊이에서 0.25MPa이면 비중량은 12.5kN/m³이고, 계기압력 190kPa에 101.3kPa를 더하면 291.3kPa다. 진공압 400mmHg이면 절대압력은 360mmHg로 약 48kPa이고, 절대압력 240mmHg는 계기압력 -69.3kPa다. 비중 1.59·증기압 13kPa의 액체 기압계에서 102kPa는 약 5.71m의 액주가 된다. 수은 4cm와 25cm의 압력차가 같으면 액체 비중은 약 2.176이다.
유체의 정압의 성질에 대한 설명으로 맞는 것은?
정답 ④ · 유체의 정압이 갖는 성질에 대한 올바른 설명을 고르는 문제이다. 정압은 작용면에 항상 수직으로 작용하며, 파스칼 법칙에 따라 밀폐된 용기 내 한 점에서의 압력은 모든 방향으로 같은 크기로 작용한다.
밀폐된 용기 내 한 점의 압력은 모든 방향으로 동일하게 작용하며, 정압은 작용면에 수직으로 작용한다.
어떤 액체를 수면으로부터 20m 깊이에서 압력을 측정하니 계기압력이 0.25MPa 이라면 이 액체의 비중량은 몇 kN/m³인가?
정답 ③ · 정수압 공식을 이용해 액체의 비중량을 구하는 문제이다. 정수압 관계식 P=γh를 비중량에 대해 변형하면 γ=P/h가 된다.
정수압 공식 P=γh를 변형하여 γ=P/h로 계산하면 비중량이 구해진다.
타원형 단면의 금속관이 팽창하는 원리를 이용하는 압력 측정장치는?
정답 ④ · 압력 측정장치 중 타원형 단면 금속관의 팽창 변형을 이용하는 것을 찾는 문제이다. 부르돈 압력계는 타원형 단면을 가진 굽은 금속관에 압력이 가해지면 단면이 원형으로 팽창하려는 성질을 이용해 관이 펴지는 변위를 압력으로 환산한다.
부르돈 관은 타원형 단면의 금속관이 내부 압력에 의해 원형으로 팽창하는 변형을 이용하여 압력을 측정한다.
소방설비기사(기계분야) 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.