케첩이 흐르는 정도인 점도는 무엇일까?

감자튀김을 먹을 때 빠질 수 없는 것이 있지요,

바로 토마토 케첩 입니다.

케첩을 옆에 짜게 되면 넓게 퍼지는 형태가 될 때도 있고,

그대로 짠 형태를 유지하게 되는 때도 있는데요 

이번 포스팅에서는 점도에 대한 내용을 나누어 보겠습니다.

 

점도(viscosity)는 흐름을 일으키는 외부 힘에 대한 유체의 저항력으로 유체의 내부 마찰력의 척도라고 할 수 있습니다.

뉴턴의 점도법칙(Newton's law of viscosity)은 전단응력shear stress과 전단속도shear rate의 직선적 선형관계를 나타내는데 이때 기울기 값이 점도입니다. 즉, 점도는 전단응력을 전단속도로 나눈 값입니다.

전단응력과 전단속도 그래프에서 원점을 지나는 직선적인 관계를 가진 유체(물, 차, 커피, 맥주 등)를 뉴턴 유체Newtonian fluid라고 하는데, 뉴턴 유체는 전단속도에 관계없이 항상 일정한 점도 값을 갖습니다.

전단응력과 전단속도가 직선적 선형관계가 아니거나 원점을 지나지 않는 유체를 비뉴턴 유체non Newtonian fluid라고 하며, 비뉴턴 유체의 점도를 겉보기 점도apparent viscosity 라고 합니다.

전단속도가 증가함에 따라 점도가 감소하는 유체를 전단희석shear thinning(전단박화) 또는 유사가소성 유체라고 하며, 샐러드드레싱, 케첩, 액상 반죽 등이 여기에 속합니다.

전단속도가 증가함에 따라 점도가 증가하는 유체를 전단농화 shear thickening또는 팽창성dilatant 유체라고 합니다.

항복응력yield stress은 유체의 흐름flow을 일으키기 위해 필요한 최소 응력을 의미하며, 이러한 항복응력을 가진 유체를 가소성 유체plastic fluid라고 합니다.

 

시간에 따라 점도가 변하는 유체를 시간 의존적time dependent 유체라고 하는데 시간에 따라 점도가 감소하는 틱소트로픽 thixotropic유체, 시간에 따라 점도가 증가하는 레오펙틱rheopectic 유체로 구분됩니다.

전단응력(또는 점도)과 전단속도와의 관계를 나타내기 위하여 허쉘-벌클리Herschel-Bulkley, 멱수법칙 모델식 등 다양한 유체 점도의 구성 방정식constitutive equation이 사용되고 있습니다.

특히, 이들 구성 방정식constitutive equation에서 유동지수가 flow behavior index 1이면 뉴턴 유체, 0과 1사이면 전단희석 shear thinning 유체, 1보다 크면 전단농화 shear thickening 유체를 나타냅니다. 

유체가 흐르는 시간 (또는 속도)으로부터 유체의 점도를 측정하는 장치로는 모세관 점도계, 오리피스 점도계, 낙구 점도계, 보스트윅 점도계 등이 있고 튜브 점도계는 압력 변화로부터 점도를 측정합니다.

회전형 점도계는 액체 식품을 회전시키는데 필요한 토크torque 값으로 부터 점도를 측정하는 장치로서 평판형, 원추-평판형, 원통형, 스핀들 형태 등이 널리 사용되고 있습니다. 

 

점도를 측정하는 기구들도 다양하며 방법 역시 많다는 것을 알 수 있습니다.

이번 포스팅에서는 점도에 대한 이해를 위한 시간이었습니다.