4-2 3) 流動現象および粘度






力を加えた時に形が変わることを変形するといいます。
そして、力を加え、その後に力を除いても
元の位置に戻る傾向の無い物体のことを
流動を表す物体であると呼びます。


このような流動を表す物体は
大きな力を与えれば、より速く動くことが知られています。

つまり、力と動く速度(ずり速度と呼び、D(単位はs-1))が比例します。
この時の比例定数を粘度(η)と呼びます。
イメージとしては
粘度が大きいと、強い力を与えないと
速くずれることがないというイメージです。


加える力のことを
流動現象を対象とした学問であるレオロジーの分野において
ずり応力と呼びS(N/m2)で表します。

先程の、力とずり速度の関係を式で表すと以下のようになります。

S=ηD

※この関係が成り立つのは理想的な流体で
ニュートン流体とも呼ばれます。
例:水

※この関係が成り立たない流体もかなりあり
それは非ニュートン流体と呼ばれます。
例:マヨネーズ


又、工業的によく使われる動粘度(ν)と呼ばれる値は
粘度を流体の密度(ρ)で割ることによって得られる値のことです。
式で表すと以下のようになります。

ν=η/ρ

一般的な液体では、温度が上がると粘度は減少します。
これは、固まってしまった糊を温めると柔らかくなることを
イメージするとわかりやすいと思います。

この温度と粘度の関係は
アンドレード式と呼ばれる式によって表され
式は以下のようになります。





※Aは定数、Eaは、流動を開始させるために必要な活性化エネルギー
Rは気体定数、Tは絶対温度です。
Tが上がると、Ea/RTが小さくなるので
全体として値が小さくなります。


粘度、及び動粘度を測定する装置として
大きく2種類の装置があります。
毛細管粘度計と、回転粘度計です。


毛細管粘度計として有名なのは
ウベローデ型粘度計と、オストワルド型粘度計です。
これらは毛細管を通って流下するのに
どれくらい時間がかかるかを測定することで
動粘度を算出します。
ニュートン液体にのみ用いられます。


回転粘度計は
少しの間隔をあけて重ねた2つの円筒の間に液を入れ
内側を回転させることで溶液の粘度を測定します。

ニュートン液体及び、非ニュートン液体に適用されます。