핵심 해설
이 문제는 약제학(Pharmaceutics) 레올로지(Rheology) 영역의 기본 개념인 뉴턴 유동(Newtonian flow)과 비뉴턴 유동(Non-Newtonian flow)의 유동곡선(Rheogram, 전단응력(Shear Stress, τ) vs 전단속도(Shear Rate, D)) 형태를 구분하는 문제예요.
1.
핵심 개념 분석 (Key Concept): 뉴턴 유체(Newtonian fluid)는 점도(Viscosity, η)가 전단속도에 관계없이 일정한 유체를 말합니다. 따라서 전단응력(τ)과 전단속도(D)의 관계는 τ = η·D 의 직선 방정식을 따르며, 이 직선은 원점(0,0)을 지나고 기울기가 점도(η)가 되는 그래프로 나타나요. 이러한 유동곡선의 형태가 바로
원점을 지나는 직선입니다.
2.
정답 근거 (Answer Rationale): 뉴턴 유체의 정의에 따라 τ = η·D (η는 상수)이므로, D=0일 때 τ=0이 되어 반드시 원점을 통과합니다. 또한 η가 상수이므로 τ와 D는 비례 관계여서 곡선이 아닌 직선의 형태를 보입니다. 대표적인 뉴턴 유체로는 물(Water), 에탄올(Ethanol), 글리세린(Glycerin), 단순 용액(Simple Solution) 등이 있습니다.
3.
오답 분석 (Distractor Analysis):
-
혼동 주의! ②번 원점을 지나지 않는 직선: 이는
빙엄 플라스틱(Bingham plastic) 유동의 특징입니다. 항복응력(Yield stress, τ₀) 이상의 응력이 가해져야 흐름이 시작되어, τ = τ₀ + η·D 의 관계로 나타납니다. 예: 치약(Toothpaste), 마요네즈(Mayonnaise)
-
혼동 주의! ③번 위로 볼록한 곡선: 이는
유사가소성(Pseudoplastic) 유동의 특징입니다. 전단속도가 증가함에 따라 겉보기 점도(Apparent viscosity)가 감소하는 전단담화(Shear thinning) 현상이 나타납니다. 예: 고분자 용액(Polymer solutions), 혈액(Blood)
-
혼동 주의! ④번 아래로 볼록한 곡선: 이는
팽창성(Dilatant) 유동의 특징입니다. 전단속도가 증가함에 따라 겉보기 점도가 증가하는 전단농화(Shear thickening) 현상이 나타납니다. 예: 전분 현탁액(Starch suspension)
-
혼동 주의! ⑤번 S자형 곡선: 이는 시간의존성 유동(Time-dependent flow) 중
틱소트로피(Thixotropy) 또는
레오펙시(Rheopexy)를 나타낼 때 나타나는 히스테리시스 루프(Hysteresis loop)의 형태로, 단순한 뉴턴 유동과는 무관합니다.
4.
연관 개념 정리 (Related Concepts): 레올로지는 약제학에서 연고, 크림, 현탁액, 주사제 등의 제조 및 물성 평가에 매우 중요합니다. 유체의 종류에 따라 유동곡선의 형태가 완전히 달라지므로, 각 유체의 정의와 대표적인 예시를 반드시 암기해두세요.
개념 정리: 유동곡선(Rheogram)에서 x축=전단속도(D), y축=전단응력(τ). 기울기 = 점도(η, Viscosity).
한눈에 비교!:
| 유체 종류 | 유동곡선 형태 | 점도 특성 | 대표 예시 |
|---|
| 뉴턴 유체 (Newtonian) | 원점 지나는 직선 | 일정 (η = 상수) | 물, 에탄올, 글리세린 |
| 빙엄 플라스틱 (Bingham plastic) | 원점 안 지나는 직선 | 항복응력 필요 | 치약, 마요네즈 |
| 유사가소성 (Pseudoplastic) | 위로 볼록한 곡선 | 전단담화 (Shear thinning) | 고분자 용액, 혈액 |
| 팽창성 (Dilatant) | 아래로 볼록한 곡선 | 전단농화 (Shear thickening) | 전분 현탁액 |
국시 빈출 포인트: 각 유동 형태의 곡선 모양을 그림 없이 글로만 제시하여 구분하는 문제가 자주 출제됩니다. 특히 '원점 통과 여부'와 '볼록한 방향'을 기준으로 외우는 것이 효과적입니다.