카테고리유체화학 성분, 극성, 밀도 등 다양한 방식으로 서로 구별 할 수있는 다양한 물질을 포함합니다. 유체의 또 다른 특성은 다음과 같은 양입니다.점도.
점도는 무엇입니까?
물 한 컵과 시럽 한 컵이 있다고 가정합니다. 이 컵에서 액체를 부으면 각 액체의 흐름에 뚜렷한 차이가 있음을 알 수 있습니다. 물은 빠르고 쉽게 쏟아지고 시럽은 더 천천히 쏟아집니다. 이 차이는 점도의 차이 때문입니다.
점도는 유동에 대한 유체의 저항을 측정 한 것입니다. 또한 유체의 두께 또는 유체를 통과하는 물체에 대한 저항의 척도로 생각할 수 있습니다. 흐름에 대한 저항이 클수록 점도가 높아 지므로 이전 예에서 시럽은 물보다 점도가 높습니다.
점도의 원인은 무엇입니까?
점도는 유체에서 분자 사이의 내부 마찰로 인해 발생합니다. 흐르는 유체는 서로 관련하여 움직이는 층으로 구성되어 있다고 생각하십시오. 이러한 층은 서로 마찰되며 마찰이 클수록 흐름이 느려지거나 흐름을 달성하는 데 더 많은 힘이 필요합니다.
많은 요인이 물질의 점도에 영향을 줄 수 있습니다. 그중에는 온도가 있습니다. 온도는 물질의 분자 당 평균 운동 에너지의 척도임을 상기하십시오. 분자 당 평균 운동 에너지가 높을수록 분자 이동 속도가 빨라져 액체의 점도가 낮아집니다. 예를 들어 시럽을 전자 레인지로 데우면 시럽이 더 쉽게 흐르는 것을 알 수 있습니다.
그러나 가스의 경우 온도가 높으면 실제로 "두꺼워지고"점도가 온도에 따라 증가합니다. 이는 저온 가스의 경우 분자가 서로 거의 충돌하거나 상호 작용하지 않는 반면, 고온에서는 더 많은 충돌이 발생하기 때문입니다. 결과적으로 가스의 흐름 저항이 증가합니다.
유체의 분자 모양도 점도에 영향을 줄 수 있습니다. 둥근 분자는 가지가 있고 모양이 덜 균일 한 분자보다 서로 더 쉽게 지나갈 수 있습니다. (대 블럭을 쏟아 붓는 것과 잭을 쏟는다 고 상상해보십시오.)
전단 응력 및 전단 율
점도의 수학적 공식과 관련된 두 가지 요소는 전단 응력과 전단 속도입니다. 점도의 공식적인 정의를 이해하려면 먼저 이러한 양의 정의를 이해하는 것이 중요합니다.
유체 흐름을 서로 지나가는 유체 층으로 근사화하는 방법을 고려하십시오. 이와 같이 흐르는 유체를 생각하면 전단 응력은 한 층을 다른 층을 가로 질러 밀어내는 힘을 층의 면적으로 나눈 것입니다. 보다 공식적으로 이것은 힘의 비율로 표현할 수 있습니다.에프단면적에 적용ㅏ적용된 힘에 평행 한 재료의.
전단 응력은 종종 그리스 문자 타우로 표시됩니다.τ, 따라서 해당 수학적 표현은 다음과 같습니다.
\ tau = \ frac {F} {A}
전단 속도는 본질적으로 유체 층이 서로 지나가는 속도입니다. 보다 공식적으로 다음과 같이 정의됩니다.
\ dot {\ gamma} = \ frac {\ Delta v} {x}
여기서 ΔV두 레이어 사이의 속도 차이엑스레이어 분리입니다.
점이있는 γ의 표기는 γ가 전단이고 변수의 1 차 도함수 (변화율)는 종종 관련 변수 위에 점으로 표시되기 때문입니다. 미적분을 사용하여 연속 전단 속도는 다음과 같이 주어집니다.dv / dx대신 속도 기울기라고도합니다.
점도의 유형
점도는 몇 가지 유형으로 제공됩니다. 있다동적점도, 또한순수한일반적으로 단순히 "점도"라고 말할 때 언급되는 점도입니다. 그러나 또한운동 학적약간 다른 수학적 공식을 가진 점도.
동적 또는 절대 점도는 다음 방정식과 같이 전단 응력 대 전단 속도의 비율입니다.
\ eta = \ frac {\ tau} {\ dot {\ gamma}}
이 관계의 일반적인 공식을 뉴턴 방정식이라고하며 다음과 같이 작성됩니다.
\ frac {F} {A} = \ eta \ frac {\ Delta v} {x}
동점도는 절대 점도를 질량 밀도로 나눈 값으로 정의됩니다.
\ nu = \ frac {\ eta} {\ rho}
동적 점도는 같지만 질량 밀도는 다른 두 유체를 고려하십시오. 이 두 액체는 중력의 영향을 받아 용기에서 다른 속도로 쏟아집니다. 각각의 동일한 양은 그들에게 작용하는 다른 중력을 가질 것입니다. 대중). 동점도는 질량 밀도로 나누어이를 고려하므로 중력의 영향만으로 유동에 대한 저항의 척도로 생각할 수 있습니다.
점도 단위
SI 단위 사용, 전단 응력이 N / m이기 때문에2 전단 속도는 (m / s) / m = 1 / s이고 동적 점도는 Ns / m 단위입니다.2 = Pa s (파스칼-초). 그러나 가장 일반적인 점도 단위는 제곱 센티미터 당 dyne-second (dyne s / cm2) 여기서 1 dyne = 10-5 엔. 평방 센티미터 당 1 다인 초를평정프랑스의 생리 학자 Jean Poiseuille의 뒤를이었습니다. 1 파스칼 초는 10 포 아즈와 같습니다.
동점도의 SI 단위는 간단히 m입니다.2/ s, CGS 시스템에서 더 일반적인 단위는 초당 제곱 센티미터이며 아일랜드 물리학 자 George Stokes의 이름을 따서 스토크 (St)라고합니다.
일반적인 점도 값
대부분의 액체의 점도는 1 ~ 1,000mPa · s 인 반면 가스는 일반적으로 1 ~ 10μPa · s의 낮은 점도를 갖습니다. 물의 점도는 약 1.0020mPa · s, 혈액의 점도는 3 ~ 4mPa · s (피가 물보다 진하다는 말에 새로운 의미를 부여합니다!)
식용유는 점도가 약 25 ~ 100mPa · s 인 반면, 모터 오일과 기계유는 점도가 수백 mPa · s 정도입니다.
호흡하는 공기의 점도는 약 18μPa · s입니다.
녹은 유리는 고점도에 가까운 고점도를 가진 가장 점성이있는 유체 중 하나입니다. 녹는 점에서 유리의 점도는 약 10 Pa s이며, 이는 작동 점에서 100 배, 10 배 이상 증가합니다.11 어닐링 지점에서.
뉴턴 유체
Newtonion 유체는 전단 응력이 전단 속도와 선형 적으로 관련되는 유체입니다. 이러한 유체에서 해당 유체의 점도는 일정한 값입니다. (비 뉴턴 유체에서 점도는 시간과 같은 다른 변수의 동적 함수가됩니다.)
당연히 Newtonion 유체는 작업 및 모델링이 더 쉽습니다. 편리하게도, 많은 일반적인 유체는 좋은 근사치에 대한 뉴턴입니다. 비 뉴턴 유체가 나타낼 수있는 일부 동작에는 전단 속도에 따라 점도가 변하는 유체와 흔들 리거나, 흔들 리거나, 교란 될 때 점성이 낮아지는 유체가 포함됩니다.
물과 공기는 뉴턴 유체의 예입니다. 비 뉴턴 유체의 예로는 비 드립 페인트, 일부 폴리머 용액 및 혈액이 있습니다. 초등학교에서 선호하는 비 뉴턴 유체 중 하나는 옥수수 전분과 물의 혼합물로, 빠르게 작업 할 때 거의 고체로 작용하고 혼자두면 녹습니다.
팁
oobleck을 만드는 방법 :옥수수 전분 2 부를 물 1 부에 섞는다. 원하는 경우 소량의 식용 색소를 첨가하십시오. 용액을 펀칭하거나 공 모양으로 만든 다음 손에 녹여보세요!
점도 측정 방법
점도는 여러 가지 방법으로 측정 할 수 있습니다. 여기에는 점도계와 같은 기기 사용 또는 여러 DIY 실험이 포함됩니다.
점도계는 뉴턴 유체에 가장 잘 사용되며 두 가지 방법 중 하나를 통해 작동하는 경향이 있습니다. 작은 물체가 고정 된 유체를 통해 이동하거나 유체가 고정 된 물체를지나 흐릅니다. 관련 항력을 측정하여 점도를 결정할 수 있습니다. 모세관 점도계는 특정 부피의 유체가 특정 길이의 모세관을 통과하는 데 필요한 시간을 결정하여 작동합니다. 낙구 점도계는 중력의 영향으로 공이 샘플을 통과하는 데 걸리는 시간을 측정합니다.
비 뉴턴 유체의 점도를 측정하기 위해 종종 레오 미터가 사용됩니다. 유변학은 유체와 부드러운 고체의 흐름을 연구하고 이들이 어떻게 변형되는지 관찰하는 물리학 분야의 이름입니다. 레오 미터를 사용하면 비 뉴턴 유체에는 일정한 점도 값이 없기 때문에 점도를 측정 할 때 더 많은 변수를 결정할 수 있습니다. 레오 미터의 두 가지 주요 유형은 다음과 같습니다.전단레오 미터 (적용된 전단 응력 제어) 및연장레오 미터 (적용된 외부 전단 응력에 따라 작동).
DIY 점도 측정
다음은 몇 가지 간단한 재료를 사용하여 가정에서 유체의 점도를 측정하는 방법을 설명합니다. 그러나이 방법을 적용하려면 먼저 Stokes의 법칙이 필요합니다. 스톡스의 법칙은 항력과 관련이 있습니다.에프점성 유체를 통해 점성, 구의 반경으로 이동하는 작은 구에서아르 자형구의 끝 속도V, 경유 :
F = 6 \ pi \ eta r v
이제이 법칙이 있으므로 자신 만의 낙구 점도계를 만들 수 있습니다.
필요한 것
- 지배자
- 스톱워치
- 큰 눈금 실린더
- 작은 대리석 또는 강철 공
- 점도를 측정하고자하는 유체
알려진 부피의 유체의 무게를 측정하고 질량을 부피로 나누어 유체의 밀도를 계산합니다.
먼저 직경을 측정하고 공식 V = 4 / 3πr을 사용하여 볼의 밀도를 계산합니다.3 볼륨을 계산합니다. 그런 다음 공의 무게를 재고 질량을 부피로 나눕니다.
눈금이 매겨진 실린더의 유체를 통해 떨어지는 볼의 최종 속도를 측정합니다. 두꺼운 액체에서 구슬은 상당히 빠르게 일정한 속도에 도달합니다. 공이 눈금 실린더에 표시된 두 지점 사이를 통과하는 데 걸리는 시간을 측정 한 다음 그 거리를 속도를 결정하는 시간으로 나눕니다.
유체의 점도는 스톡스 법칙을 사용하여 점도를 구할 수 있습니다.
\ eta = \ frac {F} {6 \ pi rv}
이 경우 F는 항력입니다. 항력을 결정하려면 순 힘 방정식을 작성하고 풀어야합니다. 볼이 최종 속도에있을 때의 순 힘 방정식은 다음과 같습니다.
F_net = F_b + F-F_g = 0
어디에프비부력이고에프지중력입니다. F를 구하고 식을 연결하면 다음을 얻을 수 있습니다.
F = F_g-F_b = \ rho_bV_bg- \ rho_fV_bg = 4/3 \ pi r ^ 3 (\ rho_b- \ rho_f)
어디V비공의 부피,ρ비공의 밀도이고ρ에프 유체의 밀도입니다.
따라서 점도 공식은 다음과 같습니다.
\ eta = \ frac {2r ^ 2g (\ rho_b- \ rho_f)} {9v}
공의 반경, 공과 유체의 밀도, 최종 결과를 계산하기 위해 측정 된 값을 간단히 연결하면됩니다.