수은주 밀리미터
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1. 개요
수은주 밀리미터는 압력의 단위로, 특히 의학 분야에서 널리 사용된다. 기원전 6세기의 아낙시메네스는 압력 변화에 따른 공기의 변화를 주장했으며, 17세기에 토리첼리는 수은을 이용한 실험을 통해 공기의 존재를 측정했다. 현재 대한민국 계량법에서는 수은주 밀리미터를 파스칼로 정의하며, 토르와의 미세한 차이가 존재한다. 기상학에서는 킬로파스칼을 주로 사용하지만, 의학에서는 혈압, 안압 등을 측정할 때 수은주 밀리미터를 기본 단위로 사용한다.
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기압은 단위 면적당 작용하는 힘의 크기를 나타내는 물리량이며, 표준 대기압은 101325 파스칼로 정의되고, 화학 분야에서는 100kPa(1bar)를 표준 압력으로 사용한다. - SI와 함께 사용되는 비SI 단위 - 전자볼트
전자볼트는 전자가 1볼트의 전위차를 통과할 때 얻거나 잃는 에너지 단위로, 1.602 × 10⁻¹⁹ 줄과 같으며, 다양한 물리학 분야와 공학에서 에너지, 질량, 운동량, 온도, 거리 등을 표현하는 데 널리 활용된다. - SI와 함께 사용되는 비SI 단위 - 원자 질량 단위
원자 질량 단위는 원자 및 분자 질량 측정 단위로, 과거 amu로 불렸으나 탄소-12 원자 질량의 1/12을 기준으로 하는 통일 원자 질량 단위(u)로 정의되었고, 현재는 달톤(Da)과 함께 다양한 과학 분야에서 널리 사용된다.
| 수은주 밀리미터 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
| 명칭 | 수은주 밀리미터 |
| 영어 명칭 | millimeter of mercury |
| 기호 | mmHg |
| 다른 기호 | mm Hg |
| 대상 물리량 | 압력 |
| 유래 | 높이 1 mm의 수은 기둥이 가하는 압력 |
| 단위계 | |
| 단위계 | 미터법 |
| 도량형 | 비SI 단위 |
| 정의 | |
| 정의 | 101 325 / 760 Pa (계량법) |
| SI 단위 환산 | |
| SI 단위 | 약 133.322 368 Pa |
| 파스칼 (Pa) | 133.322387415 |
| 기타 단위 환산 | |
| 토르 | 약 1 |
| 제곱 인치 당 파운드 | 1.933 678 |
2. 역사
에반젤리스타 토리첼리는 1643년에 원기둥 모양 관에 수은을 가득 채운 다음 거꾸로 엎었을 때, 수은 기둥의 높이가 항상 일정하게 유지됨을 발견하였다. 이를 토리첼리의 실험이라고 하며, 이 때 수은 기둥이 올라간 높이가 76 cm였기 때문에 기압을 760 mmHg로 표기하게 되었다.[33] 수은주 밀리미터는 역사상 최초로 사용되었던 기압의 단위였으나, 현재는 수은 중독의 위험성이 있고 수은이 해당 지역의 온도와 중력에 민감하게 반응하여 값이 바뀌기 때문에 널리 사용되지 않는다.[33]
실제 수은을 측정한 값에서 높이에 따른 수은의 차이를 없애기 위해 해당 지역의 중력 가속도를 곱해주면 어디서나 동일한 기본 단위로 변환할 수 있다. 수은의 밀도가 온도와 중력에 따라 달라지기 때문에 측정지에 따라 값이 달라지지만, 두 변수를 적절히 통제하면 일정한 값을 얻을 수 있다. 현재 "수은주 밀리미터"는 정확히 수은의 밀도가 13595.1 kg/m3일 때, 중력 가속도가 9.80665 m/s2일 때로 정의되어 있다. 밀도의 값은 0℃에서의 수은의 밀도이고, 중력 가속도는 표준중력의 값이다.[33]
수은 압력계는 최초의 정확한 압력 측정기였다. 오늘날에는 수은 중독의 위험성, 수은 기둥의 온도 및 지역 중력에 대한 민감성, 그리고 다른 계측기의 편의성으로 인해 덜 사용된다.
수은에 관한 미나마타 협약에 의해, 수은을 사용한 압력계는 원칙적으로 2020년까지 제조·수출입이 금지된다.[16]
2. 1. 초기 역사
인류 역사의 대부분 동안, 공기와 같은 기체의 압력은 무시되거나, 부인되거나, 당연하게 여겨졌다. 그러나 기원전 6세기에 이미 그리스 철학자 아낙시메네스는 모든 것이 압력 변화에 따른 공기의 변화로 만들어졌다고 주장했다. 그는 물이 증발하여 기체로 변하는 것을 관찰했고, 이것이 고체에도 적용된다고 생각했다. 더 응축된 공기는 더 차갑고 무거운 물체를 만들고, 팽창된 공기는 더 가볍고 뜨거운 물체를 만든다는 것이다. 이는 기체가 따뜻할 때 밀도가 낮아지고, 차가울 때 밀도가 높아지는 방식과 유사했다.17세기에 에반젤리스타 토리첼리는 수은을 사용하여 공기의 존재를 측정하는 실험을 수행했다. 그는 한쪽 끝이 막힌 유리관을 수은이 담긴 그릇에 담그고, 막힌 끝을 위로 들어 올린 다음, 열린 끝을 잠긴 상태로 유지했다. 수은의 무게는 그것을 아래로 끌어당겨 반대쪽 끝에 부분적인 진공 상태를 만들었다. 이것은 공기/기체가 질량을 가지고 주변 물체에 압력을 가한다는 그의 믿음을 입증했다. 이전에는 갈릴레오조차도 공기는 무중력이며 사이펀과 같이 진공이 힘을 제공한다는 결론이 더 일반적으로 받아들여졌다. 이 발견은 토리첼리가 "우리는 의심할 여지 없는 실험을 통해 무게를 가지고 있다는 것이 알려진 공기라는 원소의 바다 바닥에 잠겨 살고 있다."라는 결론에 도달하는 데 도움이 되었다. 이 실험은 토리첼리 실험으로 알려졌으며, 최초로 기록된 압력 측정기였다.
블레즈 파스칼은 더 나아가 매형에게 산의 다른 고도에서 실험을 시도하게 했고, 대기 바다의 더 아래로 내려갈수록 압력이 더 높다는 것을 발견했다.
3. 정의
수은주 밀리미터(mmHg)는 압력의 단위로, 1643년 에반젤리스타 토리첼리가 토리첼리의 실험을 통해 수은 기둥의 높이가 항상 일정함을 발견한 것에서 유래했다. 이 때 수은 기둥의 높이가 약 76cm였기 때문에 기압을 760mmHg로 표기하게 되었다.[33]
하지만 현재는 수은의 중독 위험성과 수은의 밀도가 온도와 중력에 따라 변하는 문제 때문에 널리 사용되지 않는다.[33] 수은에 관한 미나마타 협약에 의해, 수은을 사용한 압력계는 원칙적으로 2020년까지 제조 및 수출입이 금지되었다.[16]
현재 대한민국 계량법에서 수은주 밀리미터는 정확히 101325/760 Pa로 정의된다.[10] 이는 표준 대기압의 1/760에 해당하며, 약 133.322 Pa이다. 과거에는 1밀리미터 높이의 수은 기둥이 가하는 압력으로 정의되었으나, 현재는 파스칼을 통해 정의된다. 과거 정의에서는 수은의 밀도가 13595.1 kg/m3 (0℃에서의 수은 밀도), 중력 가속도가 9.80665 m/s2 (표준중력)일 때를 기준으로 했다.[33]
3. 1. 토르(Torr)와의 관계
토르와 수은주 밀리미터는 약 7백만 분의 1 정도 차이가 나며, 현대에는 이 둘의 차이를 무시하기도 한다.[34] 현대 변환기의 정밀도로는 토르와 수은주 밀리미터의 차이를 나타내기 어려우며, 두 단위는 약 0.000015% 차이가 난다.[9]과거 수은주 밀리미터는 "높이 1 밀리미터의 수은 기둥이 가하는 압력"으로 정의되었고, 토르와 같은 값으로 사용되었다. 그러나 현재 대한민국에서는 수은주 밀리미터가 파스칼로 직접 정의되면서 두 단위의 정의에 차이가 생겼다.
4. 활용
기상학에서는 과거에 기압을 나타내는 단위로 수은주 밀리미터를 사용했지만, 현재는 대부분 킬로파스칼(kPa)을 사용한다.
몇몇 국가에서는 혈압 측정에 수은주 밀리미터(mmHg)를 사용한다. 1979년 유럽 경제 공동체(EEC)의 Council Directive 80/181/EEC에 의해 mmHg는 "혈압 및 기타 체액 압력"에 사용이 제한되었다.
진공 공학 등의 분야에서는 여전히 토르가 사용되는 경우가 있지만, 파스칼로 대체하는 것이 권장된다.
4. 1. 생체 내 압력 측정
의학에서는 혈압이나 안압 등을 측정할 때 압력의 기본 단위를 수은주 밀리미터로 사용하고 있다.[10] 의학에서 일상적으로 측정되는 압력에는 혈압계로 측정하는 혈압, 안압계로 측정하는 안압, 뇌척수액 압력, 두개내압, 근육내 압력 (구획 증후군), 중심 정맥압, 폐동맥 카테터 삽입술, 인공호흡 등이 있다. 생리학에서는 만노미터 단위를 사용하여 스타링 힘을 측정한다.일본 계량법 체계는 혈압 계량과 생체 내 압력 계량에 사용하는 계량 단위를 다음과 같이 구분한다.[10]
| 구분 | 사용 가능 단위 |
|---|---|
| 혈압 계량 | 수은주 밀리미터[10] |
| 생체 내 압력 계량 | 수은주 미터, 수은주 센티미터, 수은주 밀리미터, 수주 미터, 수주 센티미터, 수주 밀리미터, 토르, 밀리토르, 마이크로토르[24] |
파스칼(Pa)과 그 정수 배를 모든 경우에 사용할 수 있다.
대한민국에서는 "생체 내 압력"에 수은주 밀리미터 및 수주 미터와 이에 10의 정수 승을 곱한 것을 나타내는 계량 단위(수은주 밀리미터, 수은주 센티미터, 수주 밀리미터 및 수주 센티미터)를 2013년 9월 30일까지 사용할 수 있도록 예정되어 있었다. 그러나 토르·파스칼로의 전환이 원활하게 이루어지지 않아 수은주 미터 등이 계속 사용되고 있으며, 각국의 법정 계량 기관에서도 생체 내 압력 단위의 국제단위계(SI)화를 더 이상 지향하지 않는 추세를 보였다. 이에 따라 수은주 밀리미터의 사용 기한 제한이 없어졌다.[25]
"생체 내 압력"에는 두개 내 압력, 안압, 기도 내 압력, 방광 내 압력 등이 포함되며, '''혈압'''은 "생체 내 압력"에 해당하지 않는다.[30]
5. 단위 변환
(bar)
(at)
(atm)
(Torr)
(psi)