상식, 정보

사이펀 작용, 사이펀의 원리

wblog 2013. 6. 29. 17:33
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사이펀(Siphon)이란 대기압을 이용해 높은 곳의 액체를 낮은 곳으로 이동시키는 관, 또는 그러한 작용, 현상 등을 의미합니다.

높은 곳에 위치한 통에 담긴 액체를 아랫쪽으로 구부러진 관을 통해서 수면의 높이 이하로 이동시키면 계속해서 액체가 아랫쪽에 위치한 통으로 이동하게 됩니다.

원리는 베르누이의 원리(유체의 속력이 증가하면 압력이 감소한다.)에 따라 액체를 구부러진 관을 따라서 이동시키면 관 내부의 이동하는 액체의 압력이 대기압 보다 감소해서, 대기압이 높은 곳의 통의 수면을 누르는 효과가 발생됩니다.

그리고 구부러진 관을 통해 흐르는 액체가 높은 통에 담긴 액체의 수면 아래로 내려가게 되면 중력의 영향으로 관 속의 액체는 아래쪽으로 떨어지게 되고, 관 속의 압력을 대기압보다 더 낮게 유지시켜서 액체가 계속해서 흐를 수 있도록 합니다.

그러다가 높은 통에 담긴 액체의 수면이 관 입구까지 내려가게 되면 액체의 이동이 끝나게 됩니다.

 

사이펀 작용을 일으키는데 필요한 요소는 공기보다 무거운 유체, 대기압, 대기압보다 낮은 관 속의 압력, 중력 등이 있습니다.

사이펀 작용을 일으키는 요인이 액체의 인력 또는 표면장력 때문이라고 오해할 수 있습니다.

인력은 액체의 분자가 서로 끌어당기는 힘을 의미합니다.

표면장력은 액체가 대기와 접해있는 표면적을 줄이는 힘을 의미합니다.

액체의 인력이나 표면장력이 사이펀 작용에 영향을 준다면 관 도중에 진공이나 공기층으로 액체의 인력이 끊어진 부분이 있다면 사이펀 작용이 진행이 되어서는 안 됩니다.

 

하지만 관 내부의 중간부분에 진공이 있거나 약간의 공기가 일정부분 있다고 해도 관 내부의 유체가 움직인다면(관 내부의 압력이 대기압 보다 낮다면) 사이펀 작용이 진행이 됩니다.

 

사이펀 원리를 체인과 도르레에 비유하는 것은 잘못된 비유입니다.

높은 곳에 있는 체인을 더 높은 곳에 있는 도르레에 연결해 낮은곳으로 이동시키면 체인이 계속해서 높은곳에서 낮은곳으로 이동이 됩니다.

하지만 사이펀 원리는 해수면 높이 즉 1기압에서 약 10m 이상 높이의 물이 든 관에서는 사이펀 작용이 나타나지 않습니다.

또한 1기압에서 약 76cm 이상 높이의 수은이 든 관에서도 사이펀 작용이 나타나지 않습니다.

 

사이펀 작용이 실제로 쓰이는 곳은 변기의 원리, 계영배 술잔의 원리, 석유 자바라 호스, 배수구 트랩, 사이펀 커피 메이커, 농업 용수 관개, 세탁기 헹굼제(섬유유연제) 투입구, 압력계, 우량계, 등이 있습니다.

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