[식품기사필답] 뉴턴유체와 비뉴턴 유체의 특성과 이용

 

 

 

 

1.뉴턴유체 (Newtonian fluid)

 

- 정의: 전단속도의 크기에 관계없이 일정한 점도를 나타내는 유체

 

- 특징: 전단응력-전단속도가 전단응력에 비례하여 증가 감소하는 원점을 지나는 직선형태, 

         온도에 따라 점성이 변해(기름) 액체는 온도 높을수록 점성이 낮고 기체는 온도 높을수록 점성 높다.

 

- 종류: 물, 에탄올 등의 저분자 액체, 액상유지, 저분자 물질의 용액 등

         비교적 단순한 조성의 액체가 뉴턴유체의 거동을 나타낸다(→ 뉴턴 유동).

 

 

2. 비뉴턴유체 (non-Newtonian fluid)

 

- 전단응력과 전단속도 사이에 비례관계가 성립하지 않는 액체 (가소성유체라고도 함)

 

- 겉보기 점도: 고분자 용액, 콜로이드 용액은 입자 사이의 상호작용에 의해 형성되어 있던 3차원구조가 흐름에 의해 파괴되어 변하므로 비뉴턴유체에서는 전단응력과 전단속도의 비를 겉보기점도라 한다.

 

 

 

3.의가소성 유체(pseudo plastic fluid) 

 

- 정의: 전단속도가 증가함에 따라 점도가 감소

 

- 예시: 옥수수전분물의 경우 처음 휘젓을 때는 굉장히 뻑뻑해 젓기가 힘듦=> 천천히 젓다보면 처음보다 젓기가 쉬워져서 힘이 덜듦.(전단응력 감소) => 주로 고분자 용융체나 고분자가 용매에 용해된 경우 이를 관찰할 수 있다.

 

 

 4.딜리던트 유체(dilatant fluid, 팽함유체)  

 

- 정의: 전단속도가 증가함에 따라 점도값도 함께 증가하는 형태의 그래프를 갖는 물질.

 

- 예시: 달고나 커피, 토마토퓨레 

 

5.빙함 소성 유체(bingham plastic fluid)

 

- 정의: 일정 응력 이상을 가하지 않으면 흐름을 시작하지 않는 유체.

 

- 예시: 토마토 케첩이나 치약, 샴푸

 

=> 일정 응력이상을 가해 주어야 유체가 흐름을 시작해 용기를 빠져나올 수 있다.

 

 

점성 

- 가한 힘이 흐르는데 모두 사용되어 전혀 복원되지 않는 특성을 점성. 

- 이러한 물질을 이상액체(ideal liquid). 이 물질은 뉴톤(Newton)의 법칙을 잘 따른다.

- 흐름의 각 점에서 유체의 속도가 다를 경우, 분자끼리의 충돌이나 분자간의 상호작용에 의해 운동량의 흐름이 빠른 부    분에서 느린 부분으로 이동하여 속도가 같아지고자 한다. 이 에너지 손실을 수반하는 과정을 점성이라고 한다.

 

점탄성

- 하지만 실제 물질은 이상 고체와 액체의 중간적인 성질을 보인다. 즉 점성과 탄성을 모두 나타내기 때문에 점탄성 

  (viscoelastic) 물질.