공학실험 - 동점성계수 측정 실험

소개글

공학실험 - 동점성계수 측정 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 점도의 정의와 점도 측정의 중요성

2. 비점도(상대 점도)

3. 점도와 동점도의 관계

4. 점도에 따른 유체의 분류

5. 점도계[粘度計, viscometer]

6. 점도계의 종류

7. 실험결과 및 고찰

본문내용

다. 상품가치가 높은 고분자, 페인트, 연료오일, 윤활유, 석유등의 정밀한 품질관리와 측정 제어(유량을 정밀측정 할 경우 포함), 또한 기계적 마찰(윤활관리), 성형기능, 인쇄와 성형 등의 공정관리, 정유, 정밀화학 및 고분자 공정에서 그 품질관리에 매우 중요하다.
이러한 여러 종류의 유체제품을 최종 생산품으로 하는 경우, 유체의 점도 및 윤활 관리를 통해 다른 제품을 생산하는 공정으로 확대되며, 사실 산업 프로세스의 대부분의 범위를 차지하는 광범위한 파급효과가 막대한 분야가 점도라고 할 수 있다. 유체를 생산공정에서 다
루는 많은 기술자들은 점도의 중요성을 보다 정확히 파악해야 한다.
점도는 전달물성(transport property)로 운동과 이동이 있을 때 발생되는 열역학적 물성이다. 즉, 운동에너지가 가해지지 않으면 측정할 수 없으며, 운동이 없을 경우 고유한 값을 측정할 수 있는 밀도와 같은 스칼라량이 아니다. 이렇게 유동하는 유체의 내부에는 각 지점
별로 유속이 서로 다를 경우 유체는 이를 소멸하려는 성질을 가지는데 이를 나타내는 변수
가 점도(viscosity)이다. 즉, 다른 말로 유체에 힘을 가해 줄 때 이에 반하여 작용되는 상대
적 힘을 나타내며 점도가 클수록 외부 에너지에 반하는 반작용이 크게 된다. 따라서 점도가
큰 유체일수록 일정한 유동상태를 유지하기 위해서는 보다 큰 외부 에너지를 요구하게 되며, 이러한 외부 운동 에너지는 유체 내부에서 열 에너지(heat dissipation)로 변환된다.
이러한 유체는 액체와 기체로 대별할 수 있는데, 액체의 경우는 분자간의 인력이 점도에 직접 관여 하므로 온도의 증가에 따라 분자 간 인력이 약해지고 이 결과 점도의 저하가 나타난다. 그 반면 기체의 경우는 분자운동이 온도 상승에 따라 활발해 지므로 점도의 크기가
증가하게 된다.
점도의 정확한 표현은 역학점도(dynamic viscosity) 또는 절대점도(absolute viscosity)이
다. 보통 이를 점도라고 통칭한다. 이 의미는 유동 유체의 동력학적 관계인 전단응력(shear
이 전단율에 비례하며 이때 비례상수로서 표현되는 stress) (shear rate) 것이 역학점도이다. 실제 화학공정 산업에 사용되는 대부분의 유체는 물을 제외하게 되면 비 뉴튼성을 나타낸다. 비뉴튼성은 고분자등 고급유체의 성형과 제조에 중요한 변수이다. 또한 점도와 함께 많이 사용되는 용어의 하나인 동점도(kinematic viscosity)는 역학점도의 해당 온도 압력에서의 유체의 밀도에 대한 비율을 나타내며, 유체의 저항력을 나타낸다. 즉 동점도가 작을수록 유체의 유동성이 좋다는 뜻이다.
- viscosity coefficient에 영향을 미치는 인자와 이유
기체의 점성은 온도가 증가하면 같이 증가하는 경향이 있다. 액체의 경우에는 온도가 상승하면 점성은 감소한다. 반대로 온도가 상승하면, 점성은 감소한다. 이런 이유는, 기체의 주된 점성 원인이 분자 상호간에 운동이지만, 액체는 분자간의 응집력이 점성을 크게 좌우하기 때문이다. Newton의 점성법칙에 의하면, 유체의 전단응력은 수직인 방향으로서 속도변화율에 비례한다. 여기서 속도변화율을 속도구배라 한다.
- Newton의 법칙과 점도
유체가 관 또는 두 평판사이와 같은 밀폐된 공간을 흐를 때 유체의 평균속도는 유량을 유체가 흐르는 유로의 단면적으로 나눈 값이 된다.
u =Q /A (유량/면적=유속)
그러나 유체의 속도는 관이나 판의 표면으로부터의 거리에 따라 변하며 실험결과에 의하면 유동하는 유체에 작용하는 힘(F)는 속도차(Δu, m/s)와 면적(A, m2)에 비례하고 거리(Δy, m)에 반비례하는 것을 알 수 있다. 이것을 Newton의 점도법칙이라 하며 다음 식으로 나타낼 수 있다.
F / A = τ = μ(Δu / Δy)
여기서 비례상수에 해당하는 μ를 점성계수 또는 절대점성계수(absolute viscosity)라 한다. 점성계수의 차원은 다음과 같다.
만약 Δy가 영에 수렴할 경우 식은 아래와 같은 미분식으로 표현된다. τ = -μ (du / dy) 여 기서 음의 부호의 의미는 방향성을 말한다. 위 식에서 τ를 전단응력, du/dy를 전단속도라 한다. 점도(절대점도, 역학점도)의 단위는 흔히 정의를 최초로 한 프랑스 과학자 Poiseuille의 이름 첫 글자를 따서 P[포아즈(불어), 포이즈(영어)]로 부르고 단위는 g/(cm s) 이다. 흔히 이 값이 실제 사용하는 유체를 표현하기는 크기

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