비중계 도수
액체 밀도의 SI 밖 눈금 · 양: 60 °F에서의 상대밀도
석유 시장은 무거운 물건이 오히려 싸지도록 짜여 있다. Athabasca의 역청은 할인으로 팔리고 텍사스의 경질 등급은 웃돈을 받으며, 이 값 차이 전부가 계약서에는 단 하나의 수, 곧 API 도로 적힌다. 그들의 눈금은 사물의 익숙한 차례와 거꾸로 간다. 액체가 조밀할수록 돌아가는 도수가 적어지기 때문이다. 영은 물보다 무거운 액체에 떨어졌고, 물 자체에는 정확히 열이 주어졌다.
같은 유리 부자에는 다른 직종에서 물려받은 눈금이 둘 더 있다. 화학자는 대에서 Baumé 도를 읽고, 무두장이와 염색공은 Twaddell 도를 읽는다. 셋 다 같은 것을, 계기가 액체에 잠긴 깊이를 말한다. 다만 저마다 제 숫자로, 제 범위 안에서 말하며, 그 밖에서는 그저 입을 다문다.
01 · 정의
세 도수는 상대밀도를 달리 적은 것에 지나지 않는다. 곧 액체의 밀도와 물의 밀도의 비이며, 둘 다 같은 60 °F에서 잰 것이다. 계기는 세 경우 모두 같다. 대에 눈금을 새긴 유리 부자다. 다른 점은 그 눈금을 어떤 식에 따라 유리에 새겼는가뿐이다.
비중계는 액체가 가벼울수록 더 깊이 잠긴다. 제 무게만큼을 꼭 밀어내기 때문이며, 잠기는 깊이는 밀도가 아니라 그 역수에 비례하는 것으로 드러난다. 식의 모양도 여기서 온다. API 도와 Baumé의 가벼운 눈금에서는 밀도가 분모에 서므로 수는 가벼운 액체 쪽으로 커진다. 반면 Twaddell에게는 분모가 아예 없다. 그의 눈금은 밀도에 대해 선형이고 물에서 위쪽으로만 세어진다.
Baumé의 눈금에는 무거운 것과 가벼운 것, 두 가지가 있고, 계기에는 어느 쪽이 새겨졌는지가 늘 적혀 있다. 둘 다 물에서 시작하지만 그 뒤로 갈라진다. 무거운 쪽은 산과 염기로, 가벼운 쪽은 알코올류와 연료로 간다. 이 둘을 뒤섞기는 보이는 것보다 쉽고, 진한 산에서는 눈금을 잘못 고른 오차가 열 도에 이른다.
눈금의 숫자 자체는 그것을 읽은 온도와 함께여야 뜻을 가진다. 유리는 60 °F에 맞춰 새겨졌고, 미지근한 시료는 반드시 낮은 밀도를 준다. 석유 거래에서는 그 보정을 눈대중으로 하지 않고 ASTM D1250 표에서 가져온다. 먼저 읽은 값을 기준인 60도로 되돌리고, 그런 다음에야 부피와 돈을 센다.
밀도를 움직여 보십시오. 부자는 떠오르거나 가라앉고, 세 눈금은 그 자리를 저마다의 방식으로 읽습니다. 각각에는 제 사각지대가 있어, 두 눈금이 아직 일하는 곳에서 셋째는 이미 아무것도 보이지 않습니다.
초록 선은 API 도로, 밀도가 커질수록 내려간다. 주황 선은 Twaddell 도로, 도리어 올라간다. 두 선은 물에서 만나 API는 열을, Twaddell은 영을 주고, 그 뒤로는 반대 방향으로 갈라진다. 한 눈금은 물보다 가벼운 석유를 위해, 다른 눈금은 물보다 무거운 산과 염기를 위해 새겨졌다. 두 눈금을 한 대에 함께 새긴 계기는 아무도 만들지 않는다. 공통 범위가 너무 좁기 때문이다.
02 · 환산
읽은 값 하나를 넣으면 나머지는 이 면이 준다
모든 눈금은 60 °F에서의 하나의 상대밀도로 귀착하므로 서로 정확히 환산된다. 어긋남은 읽은 값을 다른 온도에서 취하고 표에 따라 기준으로 되돌리지 않은 곳에서만 생긴다.
Baumé의 무거운 눈금의 계수는 나라마다 다르게 잡혔다 — 144.3, 145 또는 146.3 — 그래서 계수의 선택은 이 면의 세부 설정에 두었다. 진한 산에서는 그 차이가 첫 자리에서 벌써 드러난다.
섭씨 15.5도는 깔끔한 수도, 누구의 변덕도 아니다. 정확히 60 °F, 석유의 셈 전부가 기대고 있는 미국 온도계의 그 익숙한 60도다. 미지근한 시료는 실제보다 많은 API 도를 보이고, 유조선 한 척만 한 물량에서는 그 차이가 이미 돈으로 세어진다. 그래서 읽은 값을 먼저 기준으로 되돌리고, 그러고 나서 부피를 곱한다.
| 비고 | |||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · 크기의 차수
로그 눈금: 공기에서 오스뮴까지04 · 측정 기기
액체의 밀도는 무엇으로 재는가
배에 산탄을 넣고 대에 눈금을 새긴 부자. 액면과 맞아떨어진 눈을 읽는다. 계기 하나가 감당하는 밀도의 폭은 좁아서, 여섯에서 아홉 개를 한 벌로 상자에 담아 판다. 방법은 ASTM D1298에 적혀 있고, 석유를 받을 때 지금도 유효하다.
부피를 아는 그릇을 항온조에 둔 채 비었을 때와 채웠을 때 각각 단다. 기계적인 방법 가운데 이것이 가장 정확하다. 밀도의 다섯째 자리까지 확실히 얻는다. 값은 시간이어서 시료 하나에 반 시간쯤 든다. 대신 비중계 자체는 바로 이 비중병으로 검정한다.
굽은 관을 제 고유 진동수로 흔든다. 안에 든 것이 조밀할수록 느리게 흔들린다. 계기는 진동 주기에서 밀도를 셈하고 스스로 60 °F로 되돌린다. 시료는 1밀리리터면 되고 답은 30초면 온다. 실험실에서는 이런 계기가 진작에 부자를 밀어냈다.
배관에서는 밀도가 끊임없이 필요해서 질량유량계를 단다. 고리 둘을 흔들고 그 비틀림에서 질량 유량과 밀도를 한꺼번에 정한다. API 도는 계기가 그 자리에서 내주므로, 숫자는 시료도 사람도 거치지 않고 상품 보고서에 들어간다.
05 · 표기 규칙
가지도 화씨 도수도 없는 숫자는 아무것도 뜻하지 않는다
도 기호는 글자 앞에 붙여 쓰고, 값은 빈칸으로 떼어 놓는다. Baumé에서는 무거운 눈금인지 가벼운 눈금인지를 반드시 밝힌다. API 도에서 온도를 빼도 되는 것은 그것이 언제나 같은 60 °F이기 때문일 뿐이다. 시료를 다른 온도에서 쟀다면 그 점을 따로 적는다.
셋째 표기는 양을 그 눈금과 뒤섞는다. 밀도는 세제곱미터당 킬로그램으로 재지만, API 도는 밀도에서 셈해 낸 무차원의 수다. 넷째 잘못은 작업장에서 가장 흔하다. 66 °Bé의 황산에 든 일수화물은 약 93 %이지 결코 66 %가 아니다. 백분율이 도수와 맞아떨어지는 것은 Brix와 Plato뿐이며, 거기서는 눈금이 본디 그렇게 생각되었다.
06 · 이웃 단위
뜻으로 가까운 것은 밀도를 그 업계에 편한 수로 옮겨 적은 눈금 전부다. 설탕은 Brix로, 포도즙은 Oechsle로, 석유는 API로 세며, 그 모두의 아래에는 같은 무차원의 상대밀도가 놓여 있다.
눈금이 거꾸로 간다
물에서 갈라진 두 가지
밀도에 대해 선형
Simetrium의 자료표 가운데 가장 가까운 것은 kg/m³로 나타낸 밀도, 세 눈금이 모두 귀착하는, Brix 도 와 Plato 도 저마다의 당도표와 함께, 배럴, 그 안에서 석유는 부피로 세어지고, 그리고 석유 환산 배럴, 거기서는 부피에 연소열까지 더한다.
07 · 역사 부문
소금과 가죽과 석유
Antoine Baumé는 대를 두 점으로 새겼다. 맑은 물이 영을 주었고, 소금 열다섯에 물 여든다섯의 용액이 열다섯을 주었다. 이 두 표 사이를 고르게 나누자, 약재상들이 곧바로 받아들인 눈금이 나왔다.
스코틀랜드의 장인 William Twaddell은 식 없이 해냈다. 한 도를 밀도의 5천분의 1로 잡았으니 셈할 것이 남지 않는다. 표백액과 무두질 액은 물 바로 위 좁은 구간에 두며, 무두장이와 섬유 일꾼들은 오늘도 Twaddell 도로 말한다.
미국의 석유용 비중계는 수십 년 동안 계수 141.5로 새겨졌다. Baumé의 식은 140을 요구했는데도 그랬다. 표준국은 이 어긋남을 알아채고도 유리를 다시 만들기보다 그대로 법으로 굳히는 쪽을 택했다 — API 눈금은 그렇게 생겼다.
실험실의 밀도는 진작부터 진동관으로, 배관에서는 질량유량계로 잰다. 그런데도 석유 계약은 여전히 API 도로 쓰이고, 경질 등급의 웃돈도 그것으로 셈한다. 눈금은 제 계기보다 오래 살아남았다. 숫자는 그대로이고, 이 사슬에 부자는 이제 없다.
실물 표준도 없고 영점도 제자리에 없는 단위
API 도 자체는 검정할 수 없다. 검정하는 것은 밀도계이고, 도수는 식에 따라 밀도에서 나온다. 이 사슬에서 살펴야 할 양은 둘, 밀도와 온도이며 둘째가 첫째보다 무겁다. 미지근한 석유는 가볍고 도수가 많이 나오니 계약상 더 비싸다. 그래서 시료의 온도를 읽은 값과 함께 적고, 보정은 암산이 아니라 표에서 가져온다.
이 눈금의 영은 물이 아니라 밀도 1.076에 서 있다. 물은 이미 한참 뒤로 물러난 자리다. 물보다 가벼운 액체를 위해 생각된 식이 그렇게 정했고, 그 영은 어떤 물리적 뜻에서도 벗어나 버렸다. 무거운 등급은 음의 도수로 넘어가며, 상품 보고서의 빼기 부호는 낯설어 보이지만 지극히 예사로운 것으로 여겨진다.
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양마다 하나의 자료표
SI 기본단위 일곱, 고유한 이름을 가진 유도단위 스물둘, 그리고 그것 없이는 기술도 달력도 굴러가지 않는 계 밖의 양들.