비중병 (Pycnometer)
쉽게 풀면
비중병은 마개에 가는 구멍이 뚫려 있어 액체를 가득 채우면 남는 양이 구멍으로 넘쳐 나가, 언제나 똑같은 부피만 담기는 작은 유리병입니다. 빈 병, 물을 채운 병, 시료를 채운 병의 무게를 각각 달면 밀도를 계산할 수 있습니다. 가루나 알갱이 시료는 병에 넣고 빈 공간을 액체로 채우는 방식으로 부피를 구합니다. 단순하지만 정확도가 높아 오래 쓰여 온 방법입니다.
왜 중요한가
밀도는 물질의 순도와 조성, 공극 상태를 짐작하게 하는 기본 물성인데, 비중병은 저울만 있으면 매우 정확한 값을 줍니다. 특히 알갱이 사이에 빈틈이 있는 토양이나 분말의 진밀도를 구할 때는 부피를 직접 잴 수 없어 이 방법이 표준으로 쓰입니다. 식품과 석유 제품의 비중 규격 시험에도 여전히 사용됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
흙 알갱이 자체의 밀도를 빈틈을 배제하고 구했다는 뜻으로, 공극률 계산의 기초 자료가 됩니다.
조금 더 깊게 보면
밀도는 온도에 따라 변하므로 측정은 항온수조에서 온도를 맞춘 뒤 수행하고 온도를 함께 보고합니다. 고체 시료에서는 알갱이 사이와 표면에 붙은 공기를 빼내는 것이 정확도를 좌우해서, 끓이거나 진공으로 감압해 기포를 제거합니다. 병의 실제 부피는 밀도를 정확히 아는 증류수로 미리 검량해 두고 그 값을 계산에 씁니다. 매우 정밀한 작업에서는 공기의 부력 때문에 생기는 무게 차이까지 보정합니다.
주의할 점
액체 비중계와 목적은 같지만 방식과 정확도가 다릅니다. 액체 비중계는 액체에 띄워 눈금을 읽어 빠르고 간편한 대신 정밀도가 낮고, 비중병은 부피와 질량을 정확히 재는 방식이라 손이 많이 가지만 훨씬 정확하며 고체에도 적용할 수 있습니다.