점도에 대한 이해와 단위 변환하기 (1cP, 1Poise, 1mPa·s, 1g/cm·s)
안녕하세요. 공대생P 입니다. 화학공학을 전공하면 유체역학에 자주 사용되는 단위인 '점도'를 자주 접할 수 있습니다. 이번 포스팅에서는 점도의 정의 및 단위 변환에 대해 알아보겠습니다.
1. 점도(Viscosity)의 정의
점도(Viscosity)는 유체의 내부 마찰로 인해 발생하는 저항을 의미합니다. 유체의 흐름에 반비례하기 때문에, 유체의 내부 마찰이 높아지면 점도가 높아지는 상관관계를 갖고 있습니다. 다른 의미로는 유체의 끈끈한 정도입니다. 외부에서 가해지는 힘에 얼마나 저항하느냐를 의미하기도 합니다.
위 그림의 물과 올리브 오일을 예로 들어보겠습니다. 식탁에 물을 뿌렸을때 물이 이동하는 속도와 식탁에 오일을 뿌렸을 경우 오일이 이동하는 속도를 비교하면 올리브 오일이 상대적으로 느린 것을 알 수 있습니다. 이것은 오일이 물보다 더 높은 내부마찰을 발생시키기 때문에 느리게 이동하는 것으로 해석할 수 있습니다. 점도는 또한 절대점도와 동점도로 나뉘어 분류할 수 있습니다.
절대점도 (Absolute viscosity) : 유체의 흐름에 저항하는 내부 마찰력을 측정하며, 단위는 포이즈(Poise, P)로 나타냅니다.
동점도 (Kinematic viscosity) : 절대점도를 유체 고유의 밀도로 나눈 값이며 유체가 중력에 의해 흐르는 속도를 의미합니다. 단위는 (Stokes, St)로 나타낼 수 있습니다.
2. 절대점도의 단위
주로 일상생활에서 많이 접하는 점도의 단위는 절대점도 단위입니다. 대표적인 단위는 다음과 같습니다.
1cP = 0.01P = 1mPa·s = 0.001Pa·s 여기서 1 mPa·s는 SI 단위이기에 해당 단위는 암기를 해주는 것이 좋습니다. 또한 화공양론에 자주 등장하는 압력의 단위가 나오게 되며, 응용하여 압력단위를 변환할 수 있습니다. 압력이란 단위 면적당 받는 힘이기 때문에 다음과 같이 표현됩니다. 1Pa = N/m2 압력의 수식을 단위환산하여 점도에 적용해 보겠습니다.
다음과 같이 변환이 가능하게 되고, N=ma (kg * g/s2)을 추가로 단위변환하면 위의 1g/cm*s로 표현이 가능합니다.
3. 동점도의 단위
동점도의 단위환산은 다음과 같습니다. 동점도는 절대점도를 밀도로 나눈 값이기에 단위 변환시 밀도 (질량/부피)를 이용하여 계산하면 쉽게 계산이 가능합니다.
4. 점도 변환의 실생활 응용
점도 단위 변환은 공학 및 여러 산업군에서 널리 사용됩니다. 페인트, 자동차 엔진오일의 성능, 고분자 생산에 중요한 인자로 작용되기도 합니다. 또한 이차전지 산업군에서는 양극재나 음극재의 슬러리 제조 시 슬러리의 주요 인자로 적용되기 때문에 매우 중요하다고 생각합니다. 제 글을 통해 점도의 개념 이해에 도움이 되었으면 합니다.