⊙ 유체계측 - PIV1. PIV 개요눈에 보이지 않는 흐름중에 추적입지를 넣고 적당한 조명을 가한 뒤에 카메라 등으로 순시 또는 시간평균의 유동장을 기록하여 유체역학적인 특성을 고찰하는 작업을 가시화(Visualization)라고 한다. PIV는 유체의 속도계측을 위한 정량적 가시화기법의 한 종류로 구분할 수 있으며 질점역학에서 알 수 있는 바와 같이 유동장에 분포된 추적입자의 이동거리 및 이동시간을 알면 속도를 계산할수 있다. PIV의 기본 원리는 레이저 빔을 이용하여 실린더렌즈와 같은 광학렌즈에 의해 얻어지는 2차원 평면광으로 조명된 관측구간에서 얻어지는 입자의 밝기 강도값을 영상입력장치에 의해 픽셀값으로 변환하여, 그 데이터들을 통계적으로 해석하는 것이다.1.1 기본 가정통계적인 해석은 다음의 기본 가정하에 이루어진다.-조사된 입자는 2차원 평면 내에 존재한다.-입자영상은 관측공간 내에서는 속도구배는 없다.-입자영상은 관측공간 내에서는 공간구배는 없다.-프레임간 시간간격은 유동형태의 유사성을 보존할 수 있을 정도로 충분히 짧다.-대상 유체에 대한 모든 입자의 비중은 동일하다.-대상 유체와 입자와 조명과의 화학반응은 없다.{1.2 PIV의 기본원리{{ PIV의 기본 원리도유동장의 국소속도는 어느 한 점을 통과하는 추적입자가 미소 시간간격동안 이동한 미소 직선거리 및 방향을 알면 쉽게 구해진다. 즉, 질점역학에서와 마찬가지로 임의의 입자운동에 요하는 시간간격 및 벡터변위의 관계로부터 구할 수 있다. 기본원리는 간단하나 Δx/Δt 를 실제의 유동속도에 근사시키려면 이동변위가 충분히 작아야 한다. 다시 말하면 입자가 그리는 궤적은 직선성과 등간격성이 보장되어야 한다. 유동장에 추종성(traceability)이 우수한 입자를 분포시키고 이들 입자의 순시적인 위치를 미소 시간간격을 두고 기록한 다음 각각의 입자의 변위를 계산하면 되나 수동의 인위적인 방법으로서는 정도 및 처리능력 등의 문제가 발생한다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 대용량의 고속처리능력을 갖는 컴퓨터를 활용한다.1.3 조명유동 내에서의 입자의 조명은 주로 레이져를 이용한다. 레이져광이 PIV에 적합한 이유로 다음과 같은 특징이 있다.-단색성-지향성-집광성-간섭성저속용(1m/s이하)으로는 주로 Argon Laser를, 고속용(1m/s이상)으로는 Nd:YAG Laser를 주로 사용하며 이는 펄스-레이저로의 이용이 가능하다. 기타 Ruby Laser를 사용한다.1.4 데이터 기록사진기용 필름은 초기 PIV 사용 시에는 고해상도의 장점으로 많이 사용되었지만 현상, 인화에서의 시간 소비에 있어서 빠른 응답을 기대할 수 없었다. 그래서 현재에 와서는 CCD(charged couple device) 카메라로 그 역할을 대신하고 있다. 최근에는 고해상도의 CCD카메라가 계속 개발 중에 있다. CCD의 원리는 감광픽셀들에서 광자들을 전기적인 충전물로 변환시켜 이동기록기(shift register)를 사용하여 프레임획득기(frame grabber)에 이송시키는 것이다. CCD 카메라의 종류는 전프레임이송 CCD (full frame transfer CCD)과 행간이송 CCD (interline transfer CCD)가 있다. 전프레임이송 CCD는 감광픽셀이 수직이동기록기(vertical shift register) 역할을 대신하므로 고해상도가 장점인데 반해, 노출주기가 길기 때문에 단일 프레임에서의 다중노출기법에 적합하다. 행간이송 CCD는 수직이동기록기가 감광필셀과 연결되어 있어 노출간격이 짧아진다는 장점이 있으나, 이러한 수직이동기록기가 CCD 표면적의 부분을 차지하므로 해상도가 떨어진다는 단점이 있다. 이는 다시 우수-기수 행의 픽셀영역으로 나뉘어져 있는 비월 행간전송 CCD(interlaced interline transfer CCD)와 고속 유동에 적합한 점진주사 행간전송 CCD(progressive scan interline transfer CCD)의 두 종류로 분류된다. 픽셀 해상도와 프레임획득율(frame rate)은 역관계에 있으나, PIV실험에서는 고해상도와 빠른 프레임획득율을 요한다. 프레임획득율을 높이기 위해서는 다중수평이동기록기(multi horizontal shift register)를 이용하거나 카메라와 프레임 획득기사이의 케이블을 제거하기 위해 영상 메모리와 카메라를 일체화시키는 방법 등이 있다.1.5 추적입자PIV를 이용한 측정 시 정확도는 연속적인 영상들에서 유동의 순간적인 움직임을 묘사할 수 있는 입자의 능력에 제한된다. 입자는 유동을 잘 추적할 수 있도록 그 크기를 줄이는 것과, 빛을 충분히 산란시킬 수 있을 정도로 그 크기를 크게 하는 것을 절충하여 선택한다. 난류유동인 경우 입자의 크기는 가장 작은 와류보다 더 작아야 한다. 일정한 입자의 크기는 큰 입자로부터 과도한 강도의 빛과 배경잡음, 그로 인해 작은 입자들이 소멸하는 것을 피하기 위해 일정하게 해주는 것이 바람직하다. 만약 입자에 대한 체적력, 원심력 및 전자기력이 무시된다면, 부유하는 입자들에 대한 유동추적능력은 단지 입자의 모양, 직경, 밀도와 유체의 점성력, 밀도에 대해서만 영향을 받는다. 여러 입자의 크기 및 밀도는 Table 1, 2 에 나타낸다. 대게 작동유체가 액체인 경우에 비해, 난류 성격이 강한 기체의 경우에 있어서 입자의 직경은 더욱 작은 것을 사용함을 알 수 있다. 고온 유동의 경우에는 Al2O3, TiO2등과 같은 세라믹 재료를 사용한다.입자의 침전속도는 유체의 점도를 구하는 식으로 계산되어 질 수 있다.{(1){(2){(3){{(4) (5){(6)여기서, Fd는 입자의 항력, Fb는 입자의 부력, γ는 입자의 직경, μ는 유체의 점성계수, V는 입자의 침전속도, ρf는 유체의 밀도, ρp는 입자의 밀도, W는 입자의 무게를 말한다. 본 실험에서 사용된 경량 플라스틱 구슬(micro plastic balloon)입자의 침전 속도는 약 0.0014 m/s 이다. 위 결과로 보아, 입자의 침전 속도는 입자직경의 제곱과 작동유체와의 밀도차에 의해 비례함을 알 수 있다. 그러므로, 직경과 밀도차를 줄임에 의해 보다 정확한 속도 벡터를 얻어낼 수 있다.2. 해석방법2.1 PIV1 계조치 패턴 상호상관법(grey level pattern cross correlation)이 방법은 시간 t0인 프레임에서의 기준관측소구간과 시간 지연된 t0+Δt에서의 프레임에서의 모든 후보관측소구간에 대한 상관을 계산하여, 그 값이 가장 큰 후보관측소구간을 기준관측소구간의 모든 입자에 대하여 프레임의 중심 좌표, P(x,y)에 대한 이동위치로 간주하는 것이다. Fig. 2, 3은 이 방법을 그림으로 도시한 것이고 이고, 공식은 다음과 같다.여기서, fi와 gi는 첫 번째, 그리고 두 번째 프레임에서의 각각의 관측 소구간 내의 픽셀 값을 나타내고, f와 g는 그들의 평균을 의미한다.{Fig. 2 Pair of image fragments to be identified.{Fig. 3 Pixels in a pair of image fragments2 상호상관법(Cross Correlation)상호상관법은 두 장의 프레임에 미소시간 동안의 입자상을 각각 기록하여, 관측소구간들에서 얻어지는 결과의 1차 최대치를 구하여, 1차 최대치에 대한 거리를 이동위치로 간주하는 것이다. Fig. 4 는 상호상관에 대한 한 쌍의 모사입자에 대한 결과를 보이고, 공식은 다음과 같다.{{(a) 1st image (b) 2nd image (c) Result imageFig. 4 Result of simulated single pulsed two frame in interrogation spot.이 공식은 이산 시간 신호 처리에서 컨볼루션(convolution) 합을 공간상 데이터 처리에 적용한 것으로, f(i,j)는 입력 임펄스 (impulse) 데이터이고, g(i-x,j-y)는 임펄스 함수로 정의 될 수 있으며, 이 때 x,y 는 입력 데이터의 공간상 지연된 값을 의미한다. 자기상관법(auto correlation)은 미소시간으로 이중 노출된 입자쌍들을 한 장의 프레임에서 얻어지는 결과값의 1차, 2차 최대치를 구한다. 1차 최대치는 동일한 소구간에 대한 계산값이므로, (0,0)의 위치를 가지므로, 2차 최대치에 대한 거리를 이동위치로 간주한다. 공식은 다음과 같다.{{(a) Double Pulsed image (b) Result imageFig. 5 Result of simulated double pulsed single frame in interrogation spot3 Youngs Fringe법이 방법은 단일 영상내의 입자쌍이 저장된 관측소구간내에서, 2차원 푸리에변환을 계산한 결과는 2차원 밴드형태의 Youngs fringe가 입자쌍의 변위방향에 수직으로 나타난다. 이는 레이저의 간섭성을 이용하여 광학적으로도 얻어질 수가 있다. 이렇게 얻어진 결과영상을 다시 2차원 푸리에 변환을 시행한 결과는 자기상관에서 얻어지는 결과와 동일하게 된다. Fig.6은 1차 푸리에변환의 결과와 2차 푸리에변환의 결과를 보여준다.{{double pulsed frame - fringe image - resultFig. 6 Result using Fourier transform2.2 PSV(particle streak velocimetry)이 방법은 입자 밀도가 낮은 유동장에 노출시간을 길게 하여 얻어진 사진을 디지털 스캔한 픽셀영상으로 변환하여, 시점과 종점사이의 길이를 노출 시간으로 나누어 속도벡터를 얻는다. 가우시안적인 연속적인 입자상을 추적, 윤곽(edge)처리, 세선화(thin), 곡률코드(curvature code)적용 등 많은 디지털 화상처리 기법이 요구되고, 정확한 속도벡터를 위한 고 해상도의 스캐너가 필요하다.
광안대교 건축시 주요해상장비광안대교는 해상에서 작업이 이루어지는 이유로 특별한 해상장비가 사용되고 있다. 해상에서 상하이동이 자유로운 직경 2.5m 강관 파일, 길이 42m, 폭 21m, 높이 3.6m인 'SEP 바지선'이 국내 처음으로 건조되어 사용중이고, 특히 길이 50m, 폭 20m, 높이 5m, 시간당 콘크리트 생산량 120㎥인 해상 'Batch plant'선 자체도 국내 건조하여 사용중이다. 강관 파일을 지중 암반까지 굴착하는데 사용되는 R.C.D장비 셋팅과 케이슨의 거치 작업에 사용된 2,000톤급 해상 크레인, 트러스 구조물 운반 및 설치 작업에 사용되는 세로 47m, 가로 168m, 30,000톤급 초대형 '바지선'이 사용되고 있다.1. R.C.D bit2.concrete batch plant 3. floating crane4. 30,000톤급 바지선☞ 바지선항만 내부나 하구등 비교적 짧은 거리에서 화물을 수송하는 동력장치가 없는 거룻배를 말한다. 부두에서 본선까지 화물을 나르거나 반대로 본선에서 부두까지 화물을 실어 나르는 역할을 한다. 동력장치가 없기 때문에 여러 척의 예인선에 의해 끌려 다닌다. 바지선은 화물 적·양하가 이루어지는 본선에서부터 항구내 또는 인접 항구의 부두까지, 또는 거꾸로 다른 부두로부터 본선까지의 중계수송에 사용되는 경우가 많다. 특히 대형 바지선의 경우 철광석이나 석탄 등과 같이 연안항로 화물의 수송에 많이 사용되는데 원료를 저장소에서 공장 까지 또는 공장에서 소비지역까지 수송한다. 또한 항만에 창고, 야적장 상옥 등이 없는 경우 화물을 일단 바지선에 부렸다가 나중에 육지에 양하 하는 것도 있고, 본선이 접근할 수 없는 섬에 사람을 태워 본선과 육지 사이를 연결하는 바지선도 있다.록포트댐 - Lockport Dam미국 일리노이주의 록포트댐으로 화물을 운반하는 바지선들이 갑문을 통과하는 모습으로 왼쪽에는 댐의 발전소가 보인다.치탐갑문 - Cheatham Lock미국 테네시주 애슐랜드도시의 컴벌랜드강가에 있는 갑문으로 바지선이 통과하고 있다.앨러게니강의 4번 댐- Dam 4 Allegheny River미국 펜실베니아주의 9개의 댐중 4번 댐으로 바지선이 갑문을 통과한다.☞ 트러스(Truss)부재(部材)가 휘지 않게 접합점을 핀으로 연결한 골조구조.교량이나 지붕처럼 넓은 공간에 걸치는 구조물의 형식으로서는 돌의 특징을 살린 아치 형식, 강(鋼)의 높은 인장강도를 이용한 현수 형식 및 보 형식이 일반적으로 사용되고 있다. 보 형식에서는 하중이 걸리면 보의 윗부분은 서로 밀고 아랫부분은 서로 당겨서 보가 휜다. 이 때 보를 구부리는 힘은 상하단이 가장 크고 중간은 작다. 즉, 보의 중간에는 아직 여력(餘力) 또는 낭비가 있다고 말할 수 있다. 그래서 이 낭비 부분을 빼는 것이 좋다. 또 보에 기둥을 세우고 선을 치서 보를 보강해서 커다란 지간(支間)으로 사용할 수 있다. 이와 같이 보를 보강해서 낭비를 없애려는 것이 트러스의 시초이다.곧은 막대를 조합해서 만든 삼각형은 안정된 형태이지만, 사각형은 변형하기 쉬우므로 보의 중간을 도려내어 생긴 형태인 삼각형이 좋다. 즉, 트러스란 곧은 강재(鋼材)나 목재(이것들을 部材라고 한다)를 삼각형을 기본으로 그물 모양으로 짜서 하중을 지탱하는 구조방법으로, 부재의 결합점[節點]은 사람의 관절처럼 자유롭게 회전할 수 있고, 또 하중도 절점에 작용하도록 공작되어 있으므로 트러스의 부재는 인장력이 작용하는 것과 미는 힘이 작용하는 것뿐이며 휘는 경우는 없으므로 재료의 낭비가 적다. 또 짧은 막대를 조합해서 지간이 큰 공간을 걸치는 이점도 있다.트러스를 용도별로 구분하면 교량트러스 ·지붕트러스 ·마루귀틀트러스 ·지주(支柱)트러스 등이 있다. 입체적으로 조립된 것과 평면적으로 조립된 것으로 구분되어 각기 입체트러스 ·평면트러스라 한다. 그러나 설계하기 편리하다는 면에서 입체트러스를 몇 개의 평면트러스로 나누어서 생각하는 경우도 많으며, 트러스교(橋)도 보통 이와 같이 생각해서 설계하고 있다. 평면트러스에는 그 부재를 조립하는 방법에 따라 킹포스트트러스 ·퀸포스트트러스 ·하우(howe)트러스 ·프랫(pratt:교차)트러스 ·워런(warren)트러스 등이 있다. 또 지간이 짧은 트러스교는 그 높이가 낮아도 되므로 위쪽이 개방된 교량이 된다.
- 목 차 -1. 대피라미드 건축의 비밀-돌의 무게 6백만t 이상2. 현대 기술 뺨치는 정밀성3. 선왕조 시대에 제작된 돌항아리의 신비4. 고성능 모터가 동원돼야5. 이집트인이 만들었다-돌성질 파악하면 충분히 가능6. 비탈길 타고 돌 운반7. 헤로도토스가 전하는 피라미드 건설방법8. 주류학계와 비주류학계의 피라미드 건설방법에 대한 주장1. 대피라미드 건축의 비밀 - 돌의 무게 6백만t 이상이집트 나일강 삼각주 정점에 위치한 기자 지역에 세계 최고（最古）, 최대 규모이면서 가장 정밀한 석조 건축물이 우뚝 서있다. 주류 고고학계에서도 4천5백여 년 전에 건축됐다고 인정하는 이 건축물이 과연 그 옛날 석기와 청동기만을 사용했을 미개인들이 만든 것일까.많은 고고학자들은 당시가 절대왕권 체제로서 자본과 노동력, 그리고 시간을 무제한으로 투입할 수 있었기 때문에 대피라미드의 건축이 가능했다고 주장한다. 이 주장의 요점은 석기와 간단한 청동기 도구로 석회암을 채굴하고, 통나무와 지렛대, 그리고 윤활유를 사용해서 돌을 운반했으며, 완만한 경사로를 피라미드 상부까지 건설해서 돌을 쌓아올렸다는 것이다.하지만 이 모든 일들이 언뜻 생각하기에 가능할 것 같아도 건축의 규모를 헤아려보면, 그렇게 간단한 것이 아님을 쉽게 알 수 있다.우선 사용된 돌의 양은 상상을 초월한다. 대피라미드를 한변의 길이가 30cm인 정육면체 블록으로 쪼개면 지구 둘레의 3분의 2까지 늘어놓을 수 있다. 무게로 따지면 총 6백만t이 넘는다. 이 정도 규모의 토목건축사업이 이루어졌다는 것은 당시에 충분한 사회적 구조가 뒷받침됐음을 의미한다.토목건축사업은 여러 기술과 산업들이 총집결돼 이루어지는 것으로 건축 당시 과학기술력의 전체적인 수준을 반영하기 때문이다.그런데 건축 전문가들은 공통적으로 오늘날과 같은 초첨단 장비를 동원하지 않고 대피라미드를 건축하는 것이 불가능하다고 지적한다. 왜냐하면 대피라미드 건축에 적용된 오차의 범위가 오늘날의 건축물에 비해 훨씬 작기 때문이다.2. 현대 기술 뺨치는 정밀성예를 들어리들은 현무암, 화강암, 섬록암과 같이 쇠보다 강한 암석을 깎아서 만든 것들이 주종을 이룬다. 일부 고고학자들은 이 돌항아리들이 제례 의식을 위해 오랜 시간과 노력을 들여 특별히 제작한 수공업제품이라고 주장한다.하지만 지금까지 발견된 항아리의 수는 3만 여개가 넘는다. 즉 그 옛날 공장에서 대량으로 생산된 것임을 알려준다. 그렇다면 과연 어떤 과정을 거쳐서 항아리가 대량으로 만들어진 것일까.4. 고성능 모터가 동원돼야돌항아리의 안팎 표면을 자세히 조사한 결과, 항아리를 회전시키며 가공한 것이 틀림없음을 증명해주는 미세한 동심원 모양의 가공 흔적이 발견됐다. 항아리 제작에 선반이 사용됐음을 알려주는 증거다. 이는 우리 인류의 기술사에 일대 지각 변동을 초래할 수 있을 만큼 엄청난 발견이다.선반 작업은 물체를 고속으로 회전시키면서 절삭 공구로 안팎을 깎아내는 공정이다. 하지만 현무암같이 쇠보다 단단한 돌을 절삭하는 일은 오늘날의 특수한 공구로도 불가능하다. 설령 그런 용도의 절삭 공구가 개발된다고 해도 공구와 물체 사이에 높은 압력을 걸어줘야 한다. 또 물체가 초고속으로 회전해야 한다.19세기 영국의 대표적인 이집트학 학자 플린더스 피트리는 이런 가공에 최소한 2t 이상의 압력이 가해져야 한다고 추정했다. 오늘날 석재 가공 전문가들은 이보다 훨씬 큰 압력이 요구된다고 말한다.그렇다면 이와 같은 압력을 공구로부터 받는 돌덩어리를 과연 초고속으로 회전시킬 수 있을까. 이런 조건에 절삭이 이루어지기 위해서는 오늘날 기계 가공에 사용되는 고성능 모터같은 것이 필연적으로 요구됐을 것이다.그렇다면 이런 모터는 오늘날처럼 전기에 의해 구동됐을까. 만일 그 옛날 이 모든 조건이 구비됐다면, 당시는 신석기 시대가 아니라 오늘날 우리가 향유하는 모든 것이 존재한 고도의 산업 사회였다고 밖에 볼 수 없다. 이런 고도의 산업 사회를 가정하면, 6백만t의 돌들을 채석하고 운반하고 쌓아올린 기술의 수수께끼도 쉽게 풀린다.5. 이집트인이 만들었다-돌 성질 파악하면 충분히 가능피라미드는 어떤국의 관광지에서 옛날 수법 그대로 고대 유물을 복제해 판매하는 것과 같이 이집트에서도 단단한 돌항아리의 속을 파내 관광객에게 팔고 있음을 볼 때 특수 기술을 사용했다는 설명은 다소 과장으로 보인다.대형 돌들을 채석장에서 절단하는 방법론도 논란거리가 되곤 한다. 그러나 채석장에서 돌을 추출할 때 나무 쐐기를 박고 뜨거운 물을 부으면 쐐기의 부피가 증가해 간단하게 절단이 가능하다. 실제로 이집트의 채석장에서 수백t의 대형 돌기둥인 오벨리스크가 미완성인 채 발견됐는데, 이곳에 쐐기를 사용한 흔적이 아직도 남아 있다.그렇다면 대형의 돌은 채석장에서 어떻게 기자 지역으로 옮겨졌을까. 기자의 대피라미드 석재는 기자 지역 외에 2곳의 채석장에서 공급됐다. 피라미드 외벽용으로 사용된 매끄러운 석회석은 기자 지역 근처의 카이로에서 50km 떨어진 투라에서 채석됐다.그리고 피라미드 내부에 사용된 화강석은 카이로에서 9백km 떨어진 나일강의 첫번째 급류 부근에 있는 아스완에서 가져왔다.평균 중량 2.5t, 큰 것은 70t이 되는 돌덩어리를 아스완에서 운반하는 작업은 쉬운 일이 아니었다.이 문제는 나일강이 범람하는 시기에 거대한 거룻배로 돌을 운반하고, 항구에서 현장까지 썰매를 사용하는 방식으로 해결했다.대피라미드 남쪽에서 발견된 '제1 태양의 배'는 당시 이집트의 건조 능력을 보여준다. 현재 원형이 복원돼 전시되고 있는 이 배는 좌우측에 5명씩, 그리고 배 앞뒤에 1명씩 총 12명의 노 젓는 사람에 의해 운행된 것으로 보인다.배의 규모를 볼 때 총길이 42.3m, 폭 5.6m로서 한번에 약 1백50t의 물건을 운반할 수 있는 것으로 추정된다.피라미드 건설에 대한 가장 큰 논란거리는 어떤 방법을 사용해 원하는 높이까지 거대한 돌을 옮겼냐는 것이다. 답은 의외로 간단하다. 비탈길을 이용하는 방법이다. 즉 피라미드 한쪽 옆면에 경사로를 만들고 지레를 설치해 썰매에 얹혀진 돌덩어리를 상부로 끌어당기는 방식이다.피라미드가 높아질수록 비탈길의 길이가 길어지는데, 이때 비탈길이 주저앉지 않도혼란기에 접어들자 피라미드가 거의 건설되지 않았으며 건설된 피라미드라 해도 그 규모는 전대의 피라미드와 비교할 때 현격하게 작아진 형태였다.8. 주류학계와 비주류학계의 피라미드 건축법에 대한 주장이집트 나일강 삼각주 정점에 위치한 기자지역에 세계최고, 최대규모이면서 가장 정밀한 석조건축물이 우뚝 서있다. 주류 고고학계에서도 4천5백여 년 전에(비주류학계에서는 5천여 년 이전이나. 7천5백여 년 전까지라는 주장도 한다) 건설 됐다고 인정하는 건축물이다.쿠푸왕피라미드는 엄청난 수의 둘과 벽돌을 쌓아올려 만들어졌다. 도대체 이런 거대한 건축물을 어떻게 건설했을까?정답은 아직까지 그 방법을 알 수가 없다는 것이다. 주류학계든, 비주류학계든 정확하게 이런 방법을 썼다. 혹은 이랬을 것이다. 라는 추측만 난무할 뿐, 이렇다할 힘있는 "설"은 나오지 않고 있다. 아직까지도 예를 들어 미라라든지 다른 소장품같은 건 연대 측정이 어느 정도 가능하다. 대표적인 방법이 탄소 동위 원소 분석법(라디오카본 데이팅: 방사성탄소를 이용한 연대측정법으로, 방사성 탄소 14C는 거의 일정한 농도로 모든 유기물에 함유되어있다. 생물이 죽으면, 새로운 14C가 몸에 공급되어야만 하므로, 그 양은 시간과 함께 반감기에 따라 감소한다. 그 감소량에서 연대를 구하는 방법)이다.쿠푸왕피라미드 건축방법에 대해서는 조금이라도 알려진 게 없고, 우리가 이해될 만한 어떠한 정보도 없으므로 여기에서는 "주류학계"와 "비주류학계"의 주장을 같이 논해보기로 한다.(1) 주류학계의 주장① 기초 만들기피라미드의 완성후 위로부터의 막대한 하중을 견디기 위해 암반위에 세워졌다. 건설지의 가로, 세로로 수로를 파고, 수면의 높이에 맞춰 지표의 요철을 깎는다. 마지막에 도랑을 메워 암반을 수평으로 한다.② 방위를 잰다파라미드의 네 측면은 거의 정확히 동서남북을 향하고 있다. 그래서 올바른 북쪽 위치 측정이 필요하다. 그래서 건설지에는 원형의 벽이 만들어지고, 밤이 되면 관측자가 그 중앙에 서서 주극성 안에서 어떤 특정한 별거나 가공할 수 있다.한 예로, 시카고 대학의 레너 교수는 50명도 채 안 되는 인원과 3주일이라는 한정된 시간에 0.75톤에서 3톤에 달하는 1백86개의 돌로 8층짜리 피라미드를 고대의 연장만으로 건설했다. 즉, 고대인들이 충분히 피라미드를 고대의 공구만으로도 건설할 수 있다는 것을 실증적으로 확인을 했다.어떤 사람은 피라미드 안에 단단한 화강암이 사용됐는데, 이것을 어떻게 가공했느냐고 물을 것이다. 하지만 화강암도 돌의 형태와 결을 잘 알면 쉽게 가공할 수 있다는 것을 석공들은 잘 알고 있다. 화강암이 석회암보다 단단한 건 사실이지만, 화강암은 6각의 얇은 판 모양의 운모, 기둥 모양의 석영, 두꺼운 판 모양의 장석 등 3가지 성분이 비 균질적으로 섞여 있어, 어떤 때는 화강암이 설탕처럼 쉽게 조각나기도 한다.쿠푸왕의 치세가 시작되고 나서 17년이 되었을 때 바로 그 높이까지 건조된 것이다. 쿠푸왕의 피라미드의 높이는 146.5m이므로 완성되기까지는 20여 년 정도가 걸렸을 것이다.이집트의 피라미드 건조의 노동력은 농민이었다. 왕은 나일강의 증수로 경지가 물에 잠기는 시기에 농민을 노동자로 고용한 것이다. 농한기에 식량과 의복, 일을 지급한다는, 말하자면 일종의 실업 정책인 것이다.피라미드는 마치 모래 위에 세워져 있는 듯한 착각을 일으키게 하는데, 실은 그렇지가 않다. 기자대지의 단단한 암반 위에 건설되어 있는 것이다. 그래서 5000년이라는 세월이 지나도 꿈쩍도 하지 않는 것이다. 피라미드 건조는 파라오의 가장 중요한 과제였기 때문에 즉위하면 곧바로 착공을 시작했을 것이다.우선 건설지가 선정되고, 설계도나 축소 모형도 작성되었다. 장소가 결정되면 우선 기초 다지기부터 시작하고 수로를 사용하여 암반을 수평으로 하고, 별을 관찰하여 정확한 방위를 측정하였다. 피라미드 면은 정확히 동서남북을 가리키고 있다.국내에서 농민들이 징용되고, 마침내 공사가 본격적으로 시작된다. 나일 강이 증수하여 경지가 물에 잠기게 되는 기간 동안 농민들은 피라미드 건설에 종사하였다
⊙ 냉 매(refrigerant)* 책제목 : 냉동공학* 출판사 : 문운당* 공 저 : 윤정인, 김재돌, 윤상국, 김시범, 양영명, 정한식, 김선정, 김원녕1. 냉매의 정의▶ 냉매는 증발하기 쉬운 액체로서 냉방기기 내에서 냉동사이클을 반복하면서 저온부의 열을 흡수하여 고온부에 운반, 방출하는 역학을 한다. 이러한 냉매는 1차냉매(primary refrigerant)와 2차냉매(secondary refrigerant)로 구분된다. 1차냉매는 증기압축 냉동시스템의 저온부에서 기화되어 고온부에서 응축, 액화되는 상변화과정을 갖는 냉매이며, 2차냉매는 저온열을 상변화 없이 운반, 배츨하는 유체로서 브라인(brine)이라 한다.2. 냉매의 조건▶ 냉매는 각기 종류에 따라 기화온도·압력·증발잠열·비체적 등 그 물리적 특성이 차이가 나고, 인체에 대한 독성, 재료에 대한 부식성 등 특성이 다르므로 냉매의 종류별 냉동기에 사용되는 금속재료, 구조, 가격 등이 달라지게 된다.그러므로 그 사용목적에 따라 가장 적당한 냉매를 선택할 필요가 있다. 압력의 조절에 의해 상온에서 액화할 수 있는 가스는 냉매로서 적절하나 이상적인 냉매로서의 구비조건을 들면 다음과 같다.1 증발잠열이 큰 것 : 냉동효과를 올리기 위해서는 가급적이면 증발열이 커서 증발할 때에 주위로부터 많은 열량을 빼앗을 필요가 있다. 그렇게 하면 일정한 냉동능력에 대해서 순환시 켜야 될 냉매량이 적어도 된다.2 액화와 증발이 용이한 것 : 냉매는 응축기에서 기체로부터 액체로 상태가 변화되는데, 상 온의 물이나 공기에 의하여 냉매가 용이하게 액화하고 그 응축압력도 가급적 낮은 것이 바 람직하다. 그렇지 못하면 압축기에서의 큰 압축을 필요로 하므로 압축기·응축기·배관 등을 견고한 내압구조로 하여야 하며 탄산가스 등이 그러한 예가 된다.또한 저온에서도 쉽게 증발할 수 있어야만 열을 용이하게 흡수할 수 있게 된다. 증발시키는 데는 증발압력이 문제가 되는데 이상적으로 대기압보다 약간 높은 것이 바람직하다. 대기업보다 낮으면 외부기분사 냉동기나 흡수식 냉동기의 냉매로서 냉방용으로 널리 쓰이고 있다.탄산가스는 비교적 안전한 냉매이고 냉동기의 장치가 작아도 된다는 장점이 있기 때문에 과 거에는 주로 선박용 냉동기에 쓰였지만 극히 고압이 필요하고, 임계온도 31℃로 낮은 결 점이 있어서 할로겐화 탄화수소의 출현과 더불어 사용하지 않게 되었다. 그러나 탄산가스를 고체화 한 드라이 아이스(dry ice)는 저온용 냉매로서 널리 사용되고 있다.아황산가스는 옛날 소형 냉동기에 사용된 적이 있으나 독성이 심하여 현재는 전혀 사용되 지 않는다.【2】 탄화수소(hydrocarbon) 냉매;탄화수소계 냉매로는 메탄·에탄·프로판·부탄 등이 있으며 모두 폭발 혹은 연소성을 갖고 있어 안전성에 주의를 요하며 공기액화분리나 천연가스 등을 액화시킬 때 다단 냉동시스템의 냉매로 사용되거나 석유화학공업에 사용되고 있다. 최근에는 프로판이 R-12와 냉동사이클 특 성이 비슷하여 자동차와 냉장고용 냉매로의 사용 연구 등, 탄화수소계 냉매의 적용 연구가 일 부 행해지고 있다.【3】 할로겐화 탄화수소(halocarbon compound) 냉매;할로겐화 탄화수소란 한 개 또는 그 이상의 할로겐원소(CL, F, Br, I)를 포함하는 냉매군으 로서 비교적 독성이 없으며 폭발성이나 연소성이 없어 안전하고 열특성도 뛰어나서 여러 종 류가 개발되었다. 보통 프레온(freon)이라 불리고 있다.프레온 냉매군은 탄화수소가 1개인 메탄(CH4)과 2개인 에탄(C2H6)에 할로겐 원소들이 치환 된 냉매로 대별된다.【4】 공비혼합물(azeotropic compound) 냉매;공비혼합물이란 2종 이상의 냉매가 일정 조성으로 혼합되어 단일 냉매와 같은 물리적 특성 을 갖는 것으로, 증발이나 응축점이 각기 다른 냉매가 혼합되어 단일냉매인 것처럼 1개의 동 일한 증발온도와 응축온도를 갖는다. 현재 개발되어 사용되고 있는 것으로 개발순서에 따라 R-500, R-501, R-502 등이 있다.4. 냉매 명명법▶ 할로겐계의 냉매는 통상 상품명으로 명기하도 : 윤활유에는 극히 소량이 용해되므로 오일의 점성을 저하시키지 않아 압 축기의 피스톤이나 크랭크축의 윤활을 저해하지는 않는다. 그러나 수액기· 증발기 등의 저 부에 기름층이 고이는 경향이 있으므로 압축기 축구에 유분리기의 설치가 필요하다.7 증기의 비체적 : 암모니아의 증기는 비교적 큰 비체적을 가지므로 단위체적당 냉동능력은 상대적으로 작게 된다.8 누출감지 : 암모니아 증기는 공기 중에 체적으로 0.5 ∼ 1%가 존재할 때 30분 간에 인체 에 치명적인 피해를 주며, 공기 중에 체적으로 13 ∼27% 포함될 때는 연소 또는 폭발 위험 이 있다. 누출감지방법은 비누거품법이나 황을 태워서 황화암모니아의 백색 연기가 발생하 는 것을 이용하여 감지한다. 또한 누출시 악취가 심하여 쉽게 감지되며, 저장식품류를 상하 게 한다.9 물에 용해성 : 암모니아는 물에 대단히 잘 녹아 상온에서 약 900배가 물에 흡수, 용해되 므로 흡수식 냉동기의 냉매로 사용되기도 한다.⑩ 적용 압축기 : 주로 사용되는 압축기는 왕복식, 회전식 압축기가 사용되며 왕복식 압축 기에서 표준냉동사이클에 대한 압축비는 1 : 49 정도이다.【2】 R-11의 특성;R-11(CCL3F)은 메탄계 할로겐화합물로 2차냉매(브라인) 혹은 용제로 널리 쓰여 왔으나 오 존파괴 물질로 밝혀짐에 따라 생산과 소비의 규제 대상물질이다.1 액화, 기화점 : 1기압하에서 기화점이 23.7℃로 15℃ 상온에서는 액체로 존재한다.2 표준냉동사이클 : 응축기 30℃와 증발기 -15℃에서 압력은 1.24 bar(18.3 Psia)와 2461 mmHg 진공이 된다.3 증발열 : -15℃에서 1 kg당 195 kJ이다.4 압축기 출구온도 : 등엔트로피 압축 후 배출증기온도는 45℃가 되며 표준냉동사이클의 압 축비는 1 : 6.27이다.5 용해성 : 천연고무는 거의 모든 할로겐 냉매에 녹으므로 합성고무류를 사용하여야 한다.6 부식성 : 부식성이 없으며 독성 · 연소성 등도 없다.7 누출감지 : 비눗물, 헬라이드 램프(halide 등이 생성되므로 주의하여야 한다. 공기 중에 30% 이 상이면 유해한 것으로 알려져 있다. 누출감지는 비눗물, 핼라이드 램프, 할로겐 누출감지기 등으로 감지한다.【4】 R-22의 특성;R-22(CHF2Cl)는 프레온계 중에서 열역학적으로 암모니아와 비슷하며, 오존층 파괴지수가 R-12의 1/20 정도로 향후 상당 기간 사용될 수 있고, 또한 널리 보급되어 있는 중요한 냉매 이다. 암모니아와의 관계를 비교하여 보면 양자가 상당히 비슷하나 R-22쪽이 암모니아보다 온도에 대한 포화압력의 경사가 완만하기 때문에 동일한 응축온도 또는 증발온도에 대한 압 축비는 R-22쪽이 작게 된다. 이것이 큰 특징으로서 이 때문에 1단압축에 의해서 얻을 수 있 는 최저 냉동온도의 한계가 암모니아보다 낮다. 또한 응고점도 낮으므로 2단압축에 의해서 암모니아가 불가능한 -80℃까지의 저온도를 얻을 수가 있다. R-22는 화학적 안정성 및 독성 의 점에서는 R-12에 비하여 약간 뒤떨어지나 부식성, 연소성 및 인체에 자극성이 없다. 그 특성을 보면,1 액화점 및 응고점 : 1기압하 액화점은 -40.8℃이며, 응고점은 -160℃로 매우 낮다.2 표준냉동사이클 : 응축기 30℃와 증발기 -15℃에서 평형압력은 11.7 bar(173 psia)와 2.9 bar(43 psia)로 R-12보다 약간 높다.3 증발잠열 : -15℃에서 증발잠열은 1kg당 217kJ이다.4 증기비체적 : 비체적은 R-12와 비슷하다. 1냉동톤당 피스톤토출용량면에서는 암모니아보 다 약간 크다.5 압축기 출구 배출온도 : 표준냉동사이클 조건에서 등엔트로피 압축 후 배출증기온도는 53.3℃로 R-12보다 높으나 통상 공랭식이 채택된다. 그러나 압축기 흡입가스의 온도는 되도 록 낮게 유지하는 것이 좋으며, 압축비가 높은 경우는 실린더의 과열을 막기 위하여 수냉각 이 필요하다.6 용해성 : 물의 용해도는 R-12에 비교하여 3 : 1로 크며, 무게도 19.5 ppm 정도로 탈습제 (direr)의 설치를 필요로 한다. R-1 거의 같다. 독성은 R-12와 같이 최소이고 화학적으로 극히 안정하다.R-13B1(CF3B) : 2단 압축의 경우 R-22는 보통 증발온도 -50 ∼-60℃에 적합하고, -80 ∼ -100℃에는 R-13이 적합한데, R-13B1은 이 중간의 -60 ∼-80℃에 적합한 냉매로서 증발압 력선의 경사는 R-22보다도 완만하므로 압축비도 아주 작다. 독성은 R-12, R-14와 마찬가지 로 최소이며 또한 안정하다.R-142(C2H3F3Cl) : 열펌프(heat pump)와 같이 고온영역의 냉매로서 사용된다. 높은 응축온 도에서는 압력은 비교적 낮고 또한 증발온도는 대기업에서 거의 -10℃ 정도이다.【7】 공비혼합냉매(1) R-500의 특성;R-500은 R-12와 R-152a(CH3CHF2)가 무게비로 73.8 : 26.2만큼 섞인 냉매로 이 조성에서는 단일물질의 특징을 갖게 된다.R-500은 같은 피스톤 토출용량에 대해서 R-12보다도 약 18% 냉동능력이 크며, 이 장점은 밀폐형 냉동기처럼 전동기가 압축기에 직결되어 있는 것에서는 전원의 사이클에 의해 전동기 의 회전수가 변하므로 그만큼 냉동능력이 저하되는 것을 보완할 수 있다. 밀폐형 냉동기에 전 원이 60사이클인 지역에서는 R-12를 사용하고 50사이클인 지역에서는 20%회전이 저하된 대 신 R-500을 사용하면 냉동능력의 변화문제를 해결할 수 있다.R-500의 특성을 보면 다음과 같다.1 액화점(기화점) : 1기압하 R-12는 -29.8℃, R-152a는 -24.7℃이나 혼합된 R-500은 -33℃ 로 기화온도가 낮아진다.2 표준냉동사이클 : 응축기 30℃와 증발기 -15℃의 평형압력은 8.7 bar(128 psia)와 2.1 bar(31.1 psia)이다.3 증발잠열 : -15℃에서 증발잠열은 kg당 192 kJ로 증발잠열에 의한 R-12 비교 냉동능력은 20% 정도 크다.4 용해도 : 물과 오일에 용해성이 크므로 탈습제와 오일 분리기가 필요하다.5 적용압축기 : 왕복식 압축기가 주로 사용되나 대용량 설비에
