점도의 정의 (Viscosity, 粘度)

점도(Viscosity)의 정의

점도는 유체의 끈끈한 정도를 나타내는 물리적 단위이며, 전단응력(shear stress)과 전단율(shear rate)의 비율로 표현됩니다. 외부에서 가해지는 힘(스트레스)에 저항하는 정도를 말하며, 막대기로 점도가 서로 다른 유체를 휘젓는 것으로 그 저항(점도)에 비유할 수 있습니다.

물을 용기에 따를 때는 줄줄 잘 흘러내리지만 물엿이나 꿀은 끈적거려서 잘 흘러내리지 않습니다. 액체의 끈기를 점성이라고 하며, 점성은 액체뿐만 아니라 비록 적지만 기체에도 있는데 이것은 유체 특유의 성질입니다. 즉, 기체가 들어있는 두 부위를 약한 압력으로 누르면 변형하지만, 누르는 힘을 빼면 원상 복귀하는 성질을 가집니다. 이상유체가 아닌 모든 실제유체는 점성이라는 성질을 가지며, 점성은 유체 흐름에 저항하는 값의 크기로 측정됩니다. 단위 면적당의 힘의 크기로서 점성의 점도를 나타냅니다.

Image

점도의 종류

Image

♦ 상대점도 : non-newtonian용액의 점도. 하나의 shear rate에서 측정된 값  (단위 : poise)

♦ 절대점도 : 중력에 관계없이 측정되는 점도. 용액의 절대점도

♦ 동점도 : 중력의 영양하에 측정되는 점도.  즉, 움직이는 유체의 점도 (단위 : centistok = poise / density)

♦ 운동점도 : 얼마나 유동성이 좋은가? 즉, 잘 흐를 수 있는 정도를 나타내는 상대적 지표가 됩니다. 운동점도가 작을수록 잘 흐르게 되며, 절대점도가 같으나 밀도가 서로 다른 두 가지 유체가 있다고 할 때, 일반적인 점도(절대점도)를 측정하는 회전형 점도계(브록필드형 점도계)로 측정하면 같은 점도를 나타냅니다. 그러나 원형관을 흐르는 방식, 즉 유동성(fluidity)을 이용하는 측정 방식인 유리세관형 점도계(베로우데형 점도계)에서 서로 다른 운동점도를 얻게 됩니다.

점도계(Viscometer)란?

점도계란 간단히 말해 유체의 점성률(점도)을 측정하는 장치입니다. 유동 상태에 따라 점도가 바뀌는 경우에는 레오미터(유변계)를 이용하여 점도를 측정합니다. 점도는 흐르는 유체가 겪는 마찰 현상으로 속도의 공간변화에 따라 속도 차이에 저항하는 힘이 일어나는 현상으로, 운동에너지가 열에너지로 변하는 감쇄현상을 일으키게 됩니다.

점도계에는 여러 종류가 있는데, 우선 가는 관 속을 일정 부피의 유체가 흐르는 시간을 재든가, 정상적인 유체를 흘려보내 유량(흐름의 양)을 재고, '푸아죄유의 법칙'을 적용해서 점성률을 구하는 것을 세관(細管)점도계라 합니다. 그 중에서 오스트발트점도계는 물의 점성률을 표준삼아 그것과 비교되는 값을 실측하는 것으로서 역사적 · 실용적으로 기본적인 점도계로 알려져 있습니다.

이 밖에 정지한 유체 속의 작은 구(球)의 낙하속도를 측정해서 스토크스의 법칙을 적용하는 막구점도계, 기포의 상승속도를 측정하는 기포점도계, 동축(同軸) 원통간에 유체를 채우고 내부 원통을 회전시켜 점성저항을 재는 회전점도계, 유체 속의 진동체가 하는 비틀림 진동의 감쇠를 재는 진동점도계, 엥글러도를 측정하는 엥글러점도계 등이 있습니다.

Image

점도의 단위

Image

점도(절대점도, 역학점도)의 단위는 흔히 정의를 최초로 한 프랑스 과학자 Poiseille의 이름 첫 글자를 따서 P(포아즈(불어), 포이즈(영어))로 부르고, 단위는 g/(cm.s) 입니다. 흔히 이 값이 실제 사용하는 유체를 표현하기는 크기때문에 100분의 1로 줄여 (centi-meter 또는 centi liter에서 쓰는 접두어) cP(센티포아즈)로 많이 씁니다. 물의 경우가 20도 섭씨에서 약 1cP 가 됩니다.

동점도는 점도를 밀도(g/cm3)로 나눈 것으로 단위는 cm2/s가 되며, 통칭 영국의 유체학자인 Stockes의 첫글자를 따서 St로 씁니다. 이것도 큰 값이므로 쓰기 편하게 100분의 1 값으로 cSt(S는 대문자)로 주로 사용합니다(물의 경우 20도 섭씨에서 약 1cSt 입니다).

학술계에서는 국제단위계(Systeme International, 불어)를 쓰도록 하고 있고, 이 SI 단위계에 따르면 각각의 단위는 다음과 같습니다.

1 cP= 0.01 P = 0.001 Pa.s = 1 mPa.s

1 cSt = 0.01 St = 0.000001 m2/s = 1 mm2/s

일반적인 유체 점도표

Image
Image