아르키메데스법 밀도측정 (Density Measurement by Archimedes Method)
쉽게 풀면
목욕물에 몸을 담그면 몸무게가 가볍게 느껴지는 원리를 이용한 측정법입니다. 물속에서 물체가 받는 부력의 크기는 그 물체가 밀어낸 물의 무게와 같다는 원리에서 출발합니다. 공기 중 무게와 물속 무게의 차이를 이용하면 물체의 부피를 알 수 있고, 무게를 부피로 나누면 밀도가 나옵니다. 별도의 복잡한 장비 없이도 비교적 정밀하게 밀도를 잴 수 있는 고전적이면서도 실용적인 방법입니다.
왜 중요한가
밀도는 재료 내부에 존재하는 기공(porosity)이나 결함의 양을 간접적으로 보여주는 지표이기 때문에 분말야금이나 소결체 연구에서 특히 중요하게 다뤄집니다. 이론 밀도 대비 측정 밀도의 비율을 통해 치밀화 정도를 정량적으로 평가할 수 있어 공정 최적화 논문에 자주 활용됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
소결 후 시편의 밀도를 측정해 치밀화가 얼마나 잘 이루어졌는지 보고하는 예문입니다.
공정 변수(소성 온도)와 밀도 변화 사이의 상관관계를 밀도 측정 결과로 설명하는 예문입니다.
조금 더 깊게 보면
측정 시에는 시편을 물에 완전히 침지시킨 상태에서 무게를 재는 수중 무게와, 건조 상태의 공기 중 무게, 그리고 필요에 따라 표면에 남은 물기를 고려한 습윤 무게를 함께 측정합니다. 개방 기공이 많은 시편은 물이 내부로 침투해 오차가 발생할 수 있어 왁스나 오일로 표면을 코팅한 뒤 측정하는 경우도 있습니다.
주의할 점
표면에 열린 기공이 많은 시편에서는 물이 스며들어 실제보다 밀도가 높게 측정될 수 있으므로 폐기공과 개기공을 구분해서 해석해야 합니다. 물의 온도에 따라 밀도가 달라지므로 온도 보정도 함께 고려해야 합니다.