소개글
"뉴턴의 점성법칙"에 대한 내용입니다.
목차
1. 뉴턴의 점성법칙
1.1. 개요
1.2. 전단응력
1.3. 점성계수
1.4. 동점성계수
1.5. 층류유동
1.6. 난류운동(난류)
1.7. 점성법칙 식
2. 표면장력
2.1. 개요
2.2. 모세관현상
2.3. 점성의 온도 및 압력 의존성
3. 점성도 측정 기술
3.1. Ostwald viscometer
3.2. Fall ball viscometer
3.3. Arrhenius 식을 이용한 활성화 에너지 계산
4. 참고 문헌
본문내용
1. 뉴턴의 점성법칙
1.1. 개요
평행하게 흐르는 유체 내부에는 그 흐름을 방해하는 점성이 있다. 뉴턴의 점성법칙은 그 유체의 흐름에 평행하게 작용하는 전단응력이 유체의 속도의 수직 방향 높이에 대한 변화량에 비례한다는 법칙이다. 물질을 상태에 따라 간단하게 구분하면 고체, 액체, 기체로 분류할 수 있다. 같은 물질이라도 어떤 상태인가에 따라 외부의 힘에 대한 반응이 다르다. 고체의 경우 힘을 가하면 어느 정도까지 가역적인 변형이 일어나다가 특정한 힘을 넘어가면 비가역적인 변형이 일어나 더 이상 힘을 가하지 않아도 원래 상태로 돌아오지 않는다. 액체나 기체의 경우 고정된 형태란 없으며 힘이 지속적으로 가해지는 한 형태 변형이 계속해서 일어난다. 이러한 고체와 구별되는 특징으로 액체와 기체는 정해진 형태 없이 계속 흐른다고 해서 유체라고 한다. 이 유체를 이루는 입자들 사이 상호작용의 세기에 따라 흐름(변형)에 대한 저항의 정도가 다르다. 예를 들어 같은 부피의 물과 기름을 비스듬한 평면에 흘려보냈을 때, 두 유체가 흘러내려가는 속도는 매우 다르다. 이러한 유체의 흐름(변형)에 대한 저항을 점성이라고 한다. 따라서 점성에 대한 유체의 운동 법칙은 형태와 크기가 고정된 물체의 운동 법칙과 구별하여 다루어야 한다고 볼 수 있다. 이런 유체에 적용되는 운동 법칙을 다루는 분과를 유체역학이라고 한다. 뉴턴의 점성법칙은 점성을 정량적으로 기술하기 위한 수학적 모델로서, 자연현상을 설명하기 위한 보편적인 원리라기보다 점성과 유체의 물리량 사이의 관계를 연결하기 위한 기술적인 법칙이라고 할 수 있다. 즉, 뉴턴의 점성법칙은 적절한 범위 내에서 잘 성립하지만 예외가 존재한다는 것을 알 수 있다.
1.2. 전단응력
모든 유체는 점성이 있다. 유체가 유동할 때에 경우에 따라서 유속이 다른 층을 이루며 층류유동(laminar flow)을 하게 된다. 그리하여 유체의 층과 층 사이에는 서로 다른 유속이 형성된다. 유동하고 있는 유체의 층 사이에는 분명히 마찰력이나 전단력(frictional or shearing force)이 존재한다. 이 전단력에 의하여 단위면적에 발생하는 응력을 전단응력이라 하여 τ로 표기하고, 뉴턴은 이 전단응력을 상대적 변형(relative strain), 즉 du/dy에 비례한다 생각하여 다음과 같이 가정하였다.
τ ∝ du/dy
이는 벽면으로부터 어느 한계유동을 내에서는 전단응력의 변화는 점성계수를 비례상수로 하여 직선적으로 변화하게 된다는 것을 의미한다. 이러한 전단응력과 속도차의 관계는 뉴턴이 1968년에 처음으로 정립한 점성유체의 층류유동에 대한 식이며, 이를 점성계수 또는 뉴턴의 점성법칙(Newton's law of viscosity)이라 한다. 이 식의 성립 여부는 후에 많은 학자들의 실험을 통하여 증명이 되었으며, 현재는 경계층(boundary layer)의 계산에 많이 이용되고 있는 매우 중요한 식이다.
1.3. 점성계수
여기서 점성계수(Coefficient of Viscosity)는 유체의 점성을 나타내는 척도로, 유체의 흐름에 평행하게 작용하는 전단응력이 유체의 속도의 수직 방향 높이에 대한 변화량에 비례한다는 뉴턴의 점성법칙에서 비례상수로 정의된다"." 이는 1968년 뉴턴이 처음으로 정립한 점성유체의 층류유동에 대한 식으로, 이를 점성계수 또는 뉴턴의 점성법칙(Newton's law of viscosity)이라 한다"." 이 식의 성립여부는 후에 많은 학자들의 실험을 통하여 증명이 되었으며, 현재는 경계층(boundary layer)의 계산에 많이 이용되는 매우 중요한 식이다"."
1.4. 동점성계수
동점성계수(coefficient of kinematic viscosit...
참고 자료
물리학백과
한국물리학회, [물리학/화학] 뉴턴의 점성 법칙(Newton's law of viscosity)
분석화학 제10판, Daniel C. Harris 외, 자유아카데미, 2021
물리화학, Gorden M. Barrow, 자유 아카데미 , 1993
Pysical chemistry, Atkins, Oxford, 10th, 2017
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1086837&cid=40942&categoryId=32252
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