점성도

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1. 개요

점성도는 유체의 흐름에 대한 저항을 나타내는 척도이다. 동점성계수는 유체의 점성계수를 밀도로 나눈 값이며, 뉴턴 유체에서는 점성계수를 사용한다. 물의 점성은 온도에 따라 변화하며, 온도가 높아질수록 감소한다. 다양한 물질의 점성을 표로 제시하며, 기체, 액체, 비뉴턴 유체의 점성 또한 포함한다. 점성 유동은 점성을 가진 유체의 흐름을 의미하며, 유체의 점성력이 우세한 경우의 운동을 나타낸다.

점성도
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2. 동점성계수

유체의 점성계수 μ를 그 유체의 질량 밀도 ρ로 나눈 값을 동점성계수라고 한다. 동점성계수의 단위로는 m2/s, cm2/s를 사용하는데, 특히 cm2/s를 스토크스(Stokes)라 부르며 많이 사용한다.

: \frac{\mu}{\rho} =\nu

뉴턴의 점성법칙에서는 점성계수 μ를 사용한다.

3. 층밀림 탄성 계수

\eta = G\cdot t
\eta 는 점성도
G = 는 층밀림 탄성 계수
t 시간

4. 물의 점성

물의 점성은 온도에 따라 변화한다. 온도가 높아질수록 물의 점성은 낮아진다. 예를 들어, 10°C에서 물의 점성은 1.308 mPa·s이지만, 20°C에서는 1.002 mPa·s로 감소한다. 100°C에서 물의 점성은 0.2822 mPa·s이다.

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온도 (°C)점성 (mPa·s)
101.308
201.002
300.7978
400.6531
500.5471
600.4668
700.4044
800.3550
900.3150
1000.2822

5. 다양한 물질의 점성

대표적인 뉴턴 유체 및 일부 비뉴턴 유체의 유동적인 점성은 다음과 같다.

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25 °C의 액체 점성
액체 ():점성점성
아세톤0.0003060.306
벤젠0.0006040.604
(37 °C)0.003–0.0043–4
피마자 기름0.985985
옥수수 시럽1.38061380.6
에탄올0.0010741.074
에틸렌 글라이콜0.016116.1
글리세롤1.2 (20 °C)1200
HFO-3802.0222022
수은0.0015261.526
메탄올0.0005440.544
모터 오일 SAE 10 (20 °C)0.06565
모터 오일 SAE 40 (20 °C)0.319319
나이트로벤젠0.0018631.863
액체 질소 @ 77K0.0001580.158
프로판올0.0019451.945
올리브 기름0.08181
피치230,000,0002.3×10¹¹
쿼크-붙임알 플라스마500,000,000,0005×10¹⁴
황산0.024224.2
0.0008940.894


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다양한 성분의 유체 점성
유체점성점성
벌꿀2–102,000–10,000
당밀5–105,000–10,000
녹은 유리10–1,00010,000–1,000,000
초콜릿 시럽10–2510,000–25,000
녹은 초콜릿*45–13045,000–130,000
케첩*50–10050,000–100,000
땅콩 버터*c. 250c. 250,000
쇼트닝*c. 250250,000


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선택된 기체의 점성 (100 kPa), [μPa·s]
가스0 °C (273 K)27 °C (300 K)
공기17.418.6
수소8.49.0
헬륨20.0
아르곤22.9
제논21.223.2
이산화 탄소15.0
메탄11.2
에탄9.5

물과 우유의 점성의 예. 점성이 더 높은 액체는 같은 속도로 부었을 경우 이렇게 튀는 현상을 보이지 않는다.
물과 우유의 점성의 예. 점성이 더 높은 액체는 같은 속도로 부었을 경우 이렇게 튀는 현상을 보이지 않는다.

벌꿀이 끈끈하게 내려가고 있다.
벌꿀이 끈끈하게 내려가고 있다.

땅콩 버터는 반고체이므로 끝이 뾰족하다.
땅콩 버터는 반고체이므로 끝이 뾰족하다.


* 이 물질들은 비뉴턴 유체이다.

5.1. 기체의 점성

대표적인 뉴턴 유체 및 일부 비뉴튼 유체의 유동적인 점성은 다음과 같다.

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선택된 기체의 점성 (100 kPa), [μPa·s]
가스0 °C (273 K)27 °C (300 K)
공기17.418.6
수소8.49.0
헬륨20.0
아르곤22.9
제논21.223.2
이산화 탄소15.0
메탄11.2
에탄9.5

5.2. 액체의 점성

대표적인 뉴턴 유체 및 일부 비뉴튼 유체의 유동적인 점성은 다음과 같다.

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25 °C의 액체 점성
액체 ():점성점성
아세톤3.060.306
벤젠6.040.604
(37 °C)(3–4)3–4
피마자 기름0.985985
옥수수 시럽1.38061380.6
에탄올1.0741.074
에틸렌 글라이콜1.6116.1
글리세롤1.2 (20 °C)1200
HFO-3802.0222022
수은1.5261.526
메탄올5.440.544
모터 오일 SAE 10 (20 °C)0.06565
모터 오일 SAE 40 (20 °C)0.319319
나이트로벤젠1.8631.863
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쿼크-붙임알 플라스마5×10¹¹5×10¹⁴
황산2.4224.2
8.940.894


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다양한 성분의 유체 점성
유체점성점성
벌꿀2–102,000–10,000
당밀5–105,000–10,000
녹은 유리10–1,00010,000–1,000,000
초콜릿 시럽10–2510,000–25,000
녹은 초콜릿*45–13045,000–130,000
케첩*50–10050,000–100,000
땅콩 버터*c. 250c. 250,000
쇼트닝*c. 250250,000


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선택된 기체의 점성 (100 kPa), [μPa·s]
가스0 °C (273 K)27 °C (300 K)
공기17.418.6
수소8.49.0
헬륨20.0
아르곤22.9
제논21.223.2
이산화 탄소15.0
메탄11.2
에탄9.5

물과 우유의 점성의 예. 점성이 더 높은 액체는 같은 속도로 부었을 경우 이렇게 튀는 현상을 보이지 않는다.
물과 우유의 점성의 예. 점성이 더 높은 액체는 같은 속도로 부었을 경우 이렇게 튀는 현상을 보이지 않는다.

벌꿀이 끈끈하게 내려가고 있다.
벌꿀이 끈끈하게 내려가고 있다.

땅콩 버터는 반고체이므로 끝이 뾰족하다.
땅콩 버터는 반고체이므로 끝이 뾰족하다.


* 이 물질들은 비뉴턴 유체이다.

5.3. 비뉴턴 유체의 점성

비뉴턴 유체는 전단 응력이나 신장 응력에 대한 점성의 변화를 보이는 유체이다. 이러한 특성을 가진 대표적인 비뉴턴 유체의 예시는 다음과 같다.

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다양한 성분의 유체 점성
유체점성점성
벌꿀2–102,000–10,000
당밀5–105,000–10,000
녹은 유리10–1,00010,000–1,000,000
초콜릿 시럽10–2510,000–25,000
녹은 초콜릿45–13045,000–130,000
케첩50–10050,000–100,000
땅콩 버터c. 250c. 250,000
쇼트닝c. 250250,000


땅콩 버터는 반고체이므로 끝이 뾰족하다.
땅콩 버터는 반고체이므로 끝이 뾰족하다.
벌꿀이 끈끈하게 내려가고 있다.
벌꿀이 끈끈하게 내려가고 있다.

6. 점성 유동

점성 유동은 점성을 가진 유체의 흐름을 말하며 작용력 가운데 유체의 점성력이 우세한 경우의 운동을 말한다.