22-2뉴턴유체와 비뉴턴유체의 특징을 전단응력과 전단속도의 관계를 들어… | 2022년 식품안전기사실기(필답형) 2회차 기출문제 상세 페이지

(1) 뉴턴유체 : 전단응력이 전단속도에 정비례해 점도가 힘에 관계없이 일정한 유체 — 물, 알코올용액

(2) 비뉴턴유체 : 전단응력과 전단속도가 정비례하지 않아 가하는 힘에 따라 점도가 달라지는 유체 — 전분(현탁액), 버터

[해설]

유체에 힘을 가해 흐르게 할 때, 단위면적에 걸리는 힘이 전단응력($\tau$)이고 층 사이의 속도 기울기가 전단속도($\dot{\gamma}$)다. 둘의 관계를 그래프로 그렸을 때 원점을 지나는 직선이면 뉴턴유체, 그렇지 않으면 비뉴턴유체다.

$\tau = \mu \dot{\gamma}$ ($\mu$ = 점도)

뉴턴유체는 위 식의 기울기 $\mu$가 상수이므로 얼마나 세게 젓든 점도가 변하지 않는다. 물, 알코올용액, 청량음료, 식용유, 묽은 설탕물처럼 분자가 작고 조성이 단순한 액체가 여기 속한다.

비뉴턴유체는 $\mu$가 전단속도에 따라 변한다. 전분 현탁액처럼 세게 저을수록 뻑뻑해지는 것(팽창성), 케첩·마요네즈처럼 저을수록 묽어지는 것(의사가소성), 버터·마가린처럼 일정 크기 이상의 힘(항복응력)을 주어야 비로소 흐르기 시작하는 것(빙햄 소성)이 모두 여기에 든다. 고분자나 분산입자가 들어 있어 힘을 받으면 내부 구조가 바뀌기 때문이며, 대부분의 가공식품이 비뉴턴유체다.

보기의 물·알코올용액은 조성이 단순한 저분자 액체라 뉴턴유체, 전분 현탁액과 버터는 분산계·소성체라 비뉴턴유체로 갈린다.