점도란 뭘까? 절대점도(역학점도)와 동점도의 차이, 뉴턴 유체와 비뉴턴 유체

 

 

점도(Viscosity)

 

✅이전 포스팅에서 설명한 바와 같이 점도는 유체의 끈끈한 정도를 말한다. 꿀이나 엿, 혹은 딸기잼을 숟가락으로 퍼보면 그때 있는 끈끈한 정도를 생각하면 된다.

 

✅참고로 물질은 고체와 유체(고체에 비해 형상이 일정하지 않는 물체)로 나눌 수 있다. 여기서 유체는 액체와 기체, 플라즈마로 나눌 수 있다. 플라즈마는 고체, 액체, 기체에 이어 4번째 상태로 원자핵과 자유전자가 따로따로 떠돌아다니는 상태이다

 

✅점도가 높으면 변형이 잘 일어나지 않을 것이고, 너무 낮으면 변형이 쉬울 것이다. 사출이나 압출 등 폴리머를 이용한 공정에서 재료의 점도가 중요한 이유이기도 하다.

 

 

 점도는 크게 두 가지로 나눌 수가 있다.

 

- 역학점도(dynamic viscosity) 혹은 절대점도(absolute viscosity)

 

- 동점도(kinematic viscosity)

 

1. 역학점도(dynamic viscosity) 혹은 절대점도(absolute viscosity)

 

- 유체가 흐르는 유동상태에서 운동방향에 저항하는 정도를 나타낸다.

 

- 병에 담아있는 꿀을 그냥 눕혀서 흘려보자. 그러면 운동방향과 함께 유체가 내려간다면 물을 따르듯이 호로록 내려가겠지만, 꿀은 점도가 있기 때문에(운동방향에 거슬려 저항하기 때문에) 느리게 흐른다.

 

- 이때 이 저항하는 끈끈한 정도를 절대적인 크기로 나타낸 것이다.

 

- 절대적 크기로 나타냈기 때문에 중력을 무시한 점도. 즉, 물질 자체 고유의 점도로 나타낼 수 있다.

 

- 점도는 전단응력(Shear stress)/전단율(Shear rate)로 나타낼 수 있다.

 

- 회전형 레오미터로 측정할 수가 있다.

 

 

---

 

 

2. 동점도(kinematic viscosity)

 

- 역학점도가 저항하는 정도를 나타낸다면, 동점도는 얼마나 잘 흐르는가를 나타낸다.

 

- 즉, 유동성이 얼마나 좋은지를 판단하는 지표가 된다.

 

- 동점도는 역학점도(절대점도)/유체의 밀도로 나타낼 수 있다.

 

- 이는 절대점도와 다른 차이점이다.(중력 고려)

 

- 만약 유체의 밀도가 크다면 고유의 저항인 절대점도를 더 쉽게 이길 수 있다. 예를 들어 꿀의 밀도가 깃털처럼 가볍다면 꿀이 담아있는 병을 눕혔을 때 꿀이 운동방향으로 흐르는데 좀 걸릴 것이다. 하지만 밀도가 높다면, 밀도의 영향으로 운동방향으로 흐르는데 좀 수월할 것이다.

 

- 즉, 유체의 밀도가 높으면 동점도는 낮아질 것이고 이는 유동성이 좋음을 의미한다.

 

- 유리관형 점도계를 통해 측정할 수 있다.

 

 

 하지만 위에 이론들에는 함정이 있다.

 

- 위와 같은 동점도의 수식은 유체를 뉴턴 유체라고 가정했을 때 적용된다.

 

- 뉴턴 유체는 전단율과 전단력이 비례한다.

 

- 따라서 전단율이 변화하여도 점도는 일정하다.

 

- 하지만 일부 물질을 제외하고 대부분의 유체는 비뉴턴 유체이므로 저 수식은 일부 물질에만 해당이 된다. (*물, 유기용매, 미네랄 오일, 설탕시럽, 젤라틴 용액, 알코올, 점도 표준액, 실리콘 용액 등이 뉴턴 유체에 해당)

 

- 비뉴턴 유체란 전단율과 전단력이 비례하지 않는 유체를 말한다.

source : https://fluidan.com/rheology-basics/

 

 

 

 

참고할만한 포스팅은 아래 링크 참조

• 2021.02.14 - [과학과 공학 이야기/고분자] - 고분자의 점도 특성, 점성과 뉴턴영역, 전단박화
• 2021.07.03 - [과학과 공학 이야기/고분자] - 뉴턴 유체와 비뉴턴 유체 정리, Newtonian fluid, Non-Newtonian fluid

고분자의 점도 특성, 점성과 뉴턴영역, 전단박화

뉴턴 유체와 비뉴턴 유체 정리, Newtonian fluid, Non-Newtonian fluid