점성계수 측정 실험
실험 목적 - 모든 유체는 고유의 점성(viscosty)을 갖고 있으며 이 점성은 특정한 유체의 유동에 큰 영향을 미친다. 유체가 흐리게 되면 이러한 점성의 존재에 기인하여 유체 내에 전단응력이 전달되며 또한 유체와 고체 경계면에서 유체유동의 평균속도가 0(Zero)이 되는 no slip 점을 갖게 된다. - 모세관 점도계를 이용하여 특정한 유체의 점성을 관찰하여 유체성질을 이해하는데 목적이 있다.
관련 이론 - 점도(Viscosity) 점도를 간단하게 정의하면 액체가 유동할 때 나타나는 내부 저항을 말한다. 점도의 단위는 절대점도: Poise(g/cm sec)로 표시되며, 여기에 밀도를 곱해주면 동점도(Kinematic Viscosity)가 된다. 절대점도는 중력을 고려하지 않은 점도이며 동점도는 중력의 존재하에 나타내는 점도로서 액체의 경우 대부분 동점도를 사용한다. 이 관계를 간단하게 정리하면 다음과 같다. 동점도(Kinematic Viscosity) : Stokes(㎠/sec) 1 Stokes=100 cSt(Centistokes)
관련 이론 절대점도와 동점도와의 관계 : (동점도)= (절대점도)/(밀도) - 점도계(Viscometer) 점도를 측정하는 점도계의 종류는 무엇을 어떻게 측정하는가에 따라 여러 가지 종류가 있다. ① 유리관형으로는 Cannon사에서 나오는 캐논 점도계가 있으며 주로 액체형의 40℃, 100℃의 점도 측정에 주로 쓰이고 있음. ② 기기형으로는 Brookfield점도계가 있으며 주로 액체를 강제로 냉동시켜 -10, -20, -30℃이하의 온도에서의 점도를 측정한다. ③ 그 이외에 레드우드 점도계, 잔컵 점도계, 앵글러 점도계, 고무의 무늬점도 측정에 사용되는 무늬 점도계 등이 있다.
관련 이론 ◎점도(Viscosity) 유체내에서 분자간의 저항 또는, 유체가 흐를 때 발생하는 일시적인 저항값을 말한다. 점도는 온도만의 함수이며 절대 점도와 동점도를 구분하여 사용한다. 동점도는절대점도의 값을 유체의 밀도로 나눈값을 의미한다. 점도를 좀더 쉽게 설명하면 물엿은 점성이 매우 강한 액체로서 물보다 점도가 크며 반면에 휘발유는 점성이 매우 작아 물보다 점도가 작다. 일반적으로 대부분의 액체에서 온도가 상승하면 점도는 작아지고 반대로 온도가 떨어지면 점도가 커진다. 기체의 점도는 온도가 상승하면 증가한다. ▸절대 점도와 동점도의 관계 ▸절대점도의 단위:1P(Poise)=1g/s.cm = 100(centipoise) (공기:약 0.02cP, 물: 1.0cP, 엔진오일:1000cP)
관련 이론 ▸동점도의 단위:1St(stoke)=1cm /s=100cSt(centistoke) 점성도를 밀도로 나눈 값으로 단위는 MKSA 단위계에서는 m2/s이고, CGS 단위계의 스토크스(St)도 사용되며, 1St=1cm2/s이다. ◎ 동점성계수 동점도 ·동점성률 ·운동점성계수라고도 한다. 점성유체의 운동은 점성도 η와 밀도 ρ의 비 ν=η/ρ에 의해서 지배되는데, 이 ν가 동적 점성도이다. 단위는 MKSA 단위계에서는 m2/s이고, CGS 단위계의 스토크스(St)도 사용되며, 1St=1cm2/s이다. 확산계수(擴散係數)의 차원과 같으며, ν를 속도의 확산계수라고 할 수 있다.물과 공기에서는, η는 물 쪽이 크지만 ν는 반대가 된다. 온도를 일정하게 유지하고 압력을 올리면 ν는 작아진다.
관련 이론 ◎ 점성계수 (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. 뉴튼의 점성법칙에 의하면, 유체의 전단응력은 수직인 방향으로서 속도변화율에 비례 한다.
실험장치
실험 방법
실험 방법
실험 시 주의 사항 ① 점도계를 스탠드에 고정시 나사를 과도하게 조여 점도계가 깨지지 않게 조심. ② 점도계를 항온조에서 이동시킬 때에 스탠드와 점도계의 입구 부분을 함께 잡는다. ③ 유동의 시작과 끝에서 초시계 사용시 측정자의 주의가 필요.
관련실험 계산식
온도에 따른 유체별 점성계수 그래프
실험 결과 1. 측정값을 정리하여 기술하시오. 2. 기기 별 온도에 따른 그래프를 그리시오. 3. 실험 값과 온도에 따른 유체 별 점성계수 값 중 17번 값과 비교하여 보시오 3. 실험에 대해서 고찰을 쓰시오.