기압계

괴테의 기압계.

기압계(氣壓計)는 대기압을 측정하는 장치이다. 바로미터(영어: barometer)라고도 한다.

기압계는 일정한 장소의 대기압을 측정하는 과학 기기이다. 연속 관측에서 얻은 기압 경향은 저기압이나 기압골이 접근하는지 판단하는 데 쓰이며, 일기도에서는 기압계 관측값으로 기압골, 고기압·저기압, 전선의 위치를 분석한다.

기압계와 기압 고도계(pressure altimeter)는 기본적으로 같은 원리를 이용하지만 용도가 다르다. 고도계는 대기압으로부터 고도를 추정하고, 기압계는 일정한 위치에서 날씨에 따른 기압 변화를 측정한다. 지표면의 대기압은 대체로 940~1,040 hPa(hectopascal) 범위에서 변하며, 해수면의 표준 대기압은 1,013.25 hPa이다.

이름과 역사

‘barometer’라는 말은 ‘무게’를 뜻하는 고대 그리스어 baros와 ‘측정’을 뜻하는 metron에서 유래했다. 에반젤리스타 토리첼리는 1640년대에 수은 기둥의 높이가 대기압과 평형을 이룬다는 원리를 이용해 기압계를 만들었다. 토리첼리의 실험은 관 안에 남은 빈 공간이 진공일 수 있음을 보여 주었고, 대기가 무게를 가진다는 해석으로 이어졌다. 1648년 블레즈 파스칼의 조수 플로랭 페리에가 퓌드돔 산에서 고도에 따른 수은 기둥의 변화를 측정하면서 기압이 고도와 함께 낮아진다는 사실도 확인되었다.

종류와 원리

수은 기압계의 구조와 작동 원리

수은 기압계는 한쪽이 막힌 유리관에 수은을 채워 수은 저장조에 거꾸로 세운 장치이다. 저장조에 작용하는 대기압이 관 속 수은의 무게와 평형을 이루며, 기압이 높아지면 수은 기둥이 높아지고 기압이 낮아지면 낮아진다. 온도에 따라 수은의 밀도가 달라지므로 정밀한 측정에는 온도 보정이 필요하다.

아네로이드 기압계는 금속으로 만든 얇은 밀폐 용기 안의 압력 변화를 이용한다. 용기가 팽창하거나 수축하는 정도를 지렛대와 기어로 확대해 바늘로 표시하며, 수은을 사용하지 않아 휴대하기 쉽다. 아네로이드 기압계에 기록 장치를 붙인 것을 기압기록계라고 한다. 최근에는 변형되는 막과 전기 회로를 이용하는 MEMS 압력 센서도 기압계에 사용된다.

관측과 활용

기압계의 측정값은 관측소의 고도와 기상 조건에 따라 달라진다. 여러 관측소의 값을 비교할 때는 보통 해면 기압으로 환산하여 지표면의 기압 분포를 나타낸다. 높은 고도에서 측정한 기압을 그대로 비교하면 고도가 높은 곳이 항상 낮은 값으로 보이기 때문이다. 단기간의 기압 하강은 저기압이나 전선의 접근과 관련될 수 있지만, 기압만으로 특정 날씨를 확정할 수는 없으며 바람·구름·습도 등의 관측과 함께 해석해야 한다.

기압계는 기상 관측 외에도 고도계의 기압 센서, 항공기와 선박의 운항, 실내 환경 측정, 실험실의 압력 측정에 이용된다. 기압계와 기압 고도계는 같은 물리 원리를 사용하지만, 기압계는 일정한 위치에서 시간에 따른 변화를 측정하고 고도계는 압력으로부터 높이를 추정한다.

측정값의 보정과 한계

기압계가 측정한 값은 관측소의 높이와 중력, 기기 주변의 온도에 영향을 받는다. 수은 기압계는 수은의 열팽창과 모세관 효과를 보정하고, 아네로이드 기압계는 영점 이동과 탄성 변화를 정기적으로 교정해야 한다. 관측소 사이의 기압을 비교할 때에는 같은 기준면으로 환산하며, 해면 기압은 일기도 작성과 수치 예보에 사용된다. 기압의 상승·하강은 날씨 변화의 단서이지만 바람·구름·습도와 함께 해석해야 한다.

기압계의 단위로는 헥토파스칼(hPa), 킬로파스칼(kPa), 수은주 밀리미터(mmHg) 등이 쓰인다. 국제 기상 관측에서는 헥토파스칼을 주로 사용하며, 표준 대기압은 1,013.25 hPa이다. 수은 기압계는 환경과 안전 문제로 새 장비에서 사용이 줄고 디지털 압력 센서로 대체되고 있다.

같이 보기

• 고도계
• 풍향계
• 자기기압계
• 압력
• 압력 센서
• 일기예보

외부 링크

• 위키미디어 공용에 기압계 관련 미디어 분류가 있습니다.