재미있는 가루이야기(4) - 가루의 크기는 어떻게 잴까?

글쓴이
최희규
등록일
2005-08-18 09:54
조회
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뿡뿡아.
이제 날씨도 서서히 더위지고, 곧 장마도 찾아와서 우리들의 기분을 좋지 않게 만드는 습기도 많아지겠구나. 지난달까지 가루 박사님은 여러분들에게 우리주위에 있는 가루들, 우리에게 해를 끼치는 가루들 그리고 서로서로 더불어서 작용하는 가루들에 대해서 이야기를 하였었지. 즉, 가루가 우리 일상생활에서 어느 곳에 이용이 되는 가를 주로 설명하고, 우리 어린이들이 가루에 대해서 관심을 많이 가져주면 좋겠다는 이야기를 했었지. 그러면 오늘은 한 개의 가루와 가루들이 뭉쳐져 있는 분체에서 "그 크기는 어떻게 알 수 있을까?", "가루의 크기는 어떻게 잴 수 있을까?"를 이야기 하려고 해. 우리 주위에서 가루를 많이 볼 수 있지만, 그 크기가 얼마나 되는지는 잘 모르는 경우가 많잖아. 그래서 가루의 크기가 어느 정도 되는지와 그 크기를 재는 방법에 대해서 이야기 하려고해.

우리가 주변에서 많이 볼 수 있는 볼펜이나 샤프펜슬을 이용해 점을 하나 찍어 볼까? 이때 그 점의 크기는 도대체 얼마나 되는 것일까? 대체로 볼펜은 1.0 mm에서 0.5 mm 정도 크기의 점이 찍히지. 샤프펜슬 역시 0.5 mm 정도 크기의 점이 찍히게 되겠지. 어떻게 그걸 알 수 있냐고? 우리가 사용하는 볼펜에는 볼펜심의 끝부분을 보면, 아주 작은 쇠구슬이 박혀있어. 이것이 볼펜으로 글을 쓸 때 글씨의 굵기를 결정하게 되는 것이지. 결국 우리가 쓰는 볼펜에도 분체의 기술이 이용되고 있는 것이지.

그런데, 뿡뿡아. 가루박사님과 같이 가루를 연구하는 사람들은 가루를 다루면서 가장 어려운 것이 가루의 크기를 아는 일이야. 앞에서 이야기한 볼펜의 경우와 같이 가루 알갱이가 구형이라면 그 크기를 구의 지름으로 표시하면 문제가 없어. 그렇지만, 우리가 알고 있는 보통의 가루들은 대부분이 불규칙한 형태를 가지고 있어. 또 일반적으로 분체라고 하는 것은 가루 알갱이 여러 개가 모여서, 그 알갱이 하나 하나가 서로 다른 모양을 하고 있어. 그리고 그 크기도 조금씩 모두 달라 분포를 만들고 있어. 그렇기 때문에 가루의 크기를 재는 것이라든지, 분체의 크기를 나타내는 일은 아주 어려운 일이야.

그렇다면 가루의 크기를 재는 방법을 이야기 볼까?
먼저 가루를 볼 때 평면으로 보는 방법과 입체로 보는 방법이 있어. 현미경을 볼 때와 같이 평면으로 가루를 보면, 가루 하나에 가로와 세로로 평행한 두 선을 그어 긴 쪽을 l 짧은 쪽을 b라고 표시 할 수 있어. 또, 눈앞에서 실제로 보듯이 입체로 보면 긴 쪽을 l, 짧은 쪽을 b, 그리고 두께를 t로 나타낼 수 있어. 그림에서 보는 것과 같이 가루의 크기는 평면으로 보면 두 가지, 입체로 보면 세 가지로 나타낼 수 있겠지. 따라서 가루의 크기를 결정 할 때는 이러한 것들을 길이로 삼아, 평균을 내어서 결정하는 방법이 있어.

그러면, 다른 여러 가지 방법을 한번 소개해 볼까? 뿡뿡이도 하나씩 곰곰이 생각해 보기를 바래. 과연 어떤 방법이 가루의 크기를 나타내는데 가장 적합한 방법일까를 말이야...

첫 번째는, 위에서 이야기 한 것 같이 가루를 평면으로 보고 가루에 딱 맞게 평행한 두 선을 그어 그 사이의 가장 짧은 거리를 나타내는 방법, 두 번째는 가루에 빛을 쬐면 가루의 그림자가 생기겠지. 그 그림자를 똑 같이 반으로 나누는 직선을 그어 그 직선의 길이로 나타내는 방법, 세 번째는 가루의 안 또는 밖에 원을 그려 그 원의 지름을 길이로 하는 방법, 네 번째는 가루의 면적을 계산해서 그 면적과 같은 면적의 원을 그려서 그 원의 지름을 길이로 하는 방법, 다섯 번째는 가루의 면적을 계산해서 같은 면적의 정사각형의 한 선분의 길이 결정하는 방법 등이 있지. 끝으로는 좀 어려운데, 실제로는 가장 많이 사용되고 있는 방법으로서, 가루가 물속에서 떨어질 때 그 속도를 측정하고 그 속도와 같은 속도로 떨어지는 구를 가정해서 그 지름으로 결정하는 방법이 있어.

그렇다면, '어느 것이 진짜의 입자의 크기일까?'라는 질문이 생기게 되겠지. 하지만, 가루가 구형이 아니라면, 진짜 크기는 없다고 할 수 있겠지. 그렇기 때문에 가루의 크기를 측정한 후 반드시 어떠어떠한 기준에서 측정하였다는 것을 적어줄 필요가 있는 것이지.

어때? 좀 어렵지?
그렇다면, 좀 더 알기 쉽게 이야기 해볼까?
직경이 100 ㎛(1㎜의 1/1000)인의 구형의 가루와 한 변이 80㎛인 정육면체의 가루가 있다고 가정을 해보자. 이 둘 중에서는 어느 쪽이 크다고 할 수 있을까? 계산을 해서 구해보면, 크기는 직경 100㎛의 구가 크게 되고, 표면의 면적은 80㎛의 정육면체가 크게 되지. 그리고 100㎛ 구형입자는 100㎛의 구멍을 겨우 통과하지만 80㎛의 정육면체는 통과할 수 없는 경우도 있지. 따라서 비교하는 기준에 따라 그 대소 관계가 변하게 되는 것이야.

그런데 뿡뿡아. 앞에서도 이야기 했지만, 우리가 일상생활에서 만나는 가루들은, 바로 위에서 이야기한 구형이나, 정육면체인 가루들이 아니라 불규칙한 모양의 여러 개의 가루들이 모여 있기 때문에 그 가루들 전체의 크기를 알아야하는 어려움이 있어. 그렇기 때문에 모여 있는 가루들 즉 분체를 측정할 때는 어느 크기부터 어느 크기까지의 가루들이 모여 있다는 그 분체의 분포를 알아야 하고, 그 분포 중에서 가장 가운데 크기인 50% 째의 크기를 대표로 사용하는 경우가 가장 많아.

뿡뿡아.
오늘 가루박사님이 이야기 해준 가루의 크기를 재는 법은 좀 어려우면서도 생소하게 다가왔을 것이라고 생각해. 지금 가루 박사님은 뿡뿡이에게 가장 먼저 가루의 크기를 알고 싶으면 현미경으로 관찰해 보라고 이야기하고 싶어. 무엇보다도 가루의 크기와 모양을 확실하게 아는 방법은 직접 눈으로 보는 일이니까 말이야. 앞으로도 뿡뿡이가 가루를 만났을 때 그 크기가 얼마나 될까를 한 번 생각해 보면 사물을 바라볼 때 좀 더 재미있지 않을까?

  • 최희규 ()

      사진 사이즈가 잘 맞지 않습니다. 클릭해서 보시면 감사 *^^*

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