진공의 분류와 단위

진공은 대기압보다 낮은 상태를 의미하며, 완벽한 진공은 현실적으로 불가능하므로 대기압보다 낮은 상태를 진공이라고 정의합니다. 진공은 수준에 따라 저진공, 중진공, 고진공 등으로 분류됩니다. 대기압에서의 진공은 저진공이나 고진공이나 극고진공 모두 0에 가까워 보이지만, 산업 및 과학 분야에서는 분자의 절대적인 수가 중요합니다.

저진공 이하의 높은 수준의 진공을 사용하는 이유는 힘 외에도 분자의 수 자체가 중요한 특성을 보기 위해서입니다. 예를 들어, 전자빔 용접이나 가속기에서는 입자가 목표한 곳에 정확히 충돌하도록 하기 위해 다른 입자들과의 충돌을 최소화해야 합니다.

이러한 특성은 평균자유거리(Mean Free Path), 충돌빈도(Impingement Rate), 단원자층 형성시간(Monolayer Time) 등으로 나타내며, 설계자는 압력, 분자 종류, 온도에 따른 이러한 특성을 이해하고 있어야 합니다. 이를 통해 라디칼 붕괴, 오염 등의 특성을 유추할 수 있습니다.

 

 

단위	hPa	Torr	atm	Psi
저진공	10^3 ~ 10^0	10^3 ~ 10^0	10^0 ~ 10^-3	10^1 ~ 10^-2
중진공	10^0 ~ 10^-3	10^0 ~ 10^-3	10^-3 ~ 10^-6	10^-2 ~ 10^-5
고진공	10^-3 ~ 10^-7	10^-3 ~ 10^-7	10^-6 ~ 10^-10	10^-5 ~ 10^-9
초고진공	10^-7 ~ 10^-12	10^-7 ~ 10^-12	10^-10 ~ 10^-15	10^-9 ~ 10^-14
극고진공	10^-12 ~ 10^-15	10^-12 ~ 10^-15	10^-15 ~ 10^-18	10^-14 ~ 10^-17

 

진공은 대기압부터 시작해 10의 3제곱 단위로 나누어 분류할 수 있습니다. 이를 통해 각 진공 단위를 쉽게 기억할 수 있습니다. 진공의 단위로는 kPa 외에도 Torr가 많이 사용되며, Torr는 hPa와 비슷한 스케일을 가집니다.

 

저진공은 일상적인 진공 영역으로, 진공청소기와 같은 음압을 이용한 장치들이 이 영역에 속합니다. 이 영역에서는 압력 스케일이 물체를 움직일 수 있는 힘을 만들어내므로 설계 혹은 동작 시 주의가 필요합니다. 

중진공과 고진공은 반도체, 디스플레이, 광기술 등 표면 반응을 일으키는 설비에 사용됩니다. 이 영역에서는 분자 수에 의한 효과가 중요하며, 최적 압력이 존재합니다. 너무 낮은 압력은 오히려 설비의 목적에 맞지 않을 수 있습니다.

초고진공과 극고진공은 방사광 가속기나 우주항공 분야에서 사용됩니다. 이 레벨에서는 평균자유거리가 매우 길어지고, 분자 간 충돌이 거의 없기 때문에 입자 가속기 등에서 유리합니다.

 

 

※ 고양이가 직접 작성한 포스트입니다.