핵심 해설
이 문제는 약제학의 기본 개념인
유동학(Rheology) 중에서도
비뉴턴 유동(Non-Newtonian flow)의 정의와 특성을 정확히 이해하고 있는지 확인하는 문제예요.
1.
핵심 개념 분석 (Key Concept)
유동학에서 유체의 거동은 크게
뉴턴 유동(Newtonian flow)과
비뉴턴 유동(Non-Newtonian flow)으로 나뉩니다.
-
핵심! 뉴턴 유동은 전단응력(Shear stress, τ)과 전단속도(Shear rate, γ) 사이에 직선 관계가 성립하고, 그 기울기인
점도(Viscosity, η)가 전단속도와 관계없이 일정한 유체입니다. (예: 물, 글리세린, 액체 상태의 단순 용액)
- 비뉴턴 유동은 이 관계가 직선이 아니거나, 유동이 시작되기 위해 일정 수준 이상의 응력(항복값, Yield value)이 필요한 유동을 말합니다.
2.
정답 근거 (Answer Rationale)
③번:
핵심! 전단응력과 전단속도의 관계가 직선이 아니거나 항복값을 가지는 유동이 맞습니다. 대부분의
약학적 제형 (현탁액, 에멀젼, 겔, 크림, 연고제)은 비뉴턴 유동 특성을 나타내며, 이는 제형의 물리적 안정성과 사용성(예: 짜내기, 바르기)에 큰 영향을 미칩니다. 비뉴턴 유동은 크게 소성 유동(Plastic flow), 의가소성 유동(Pseudoplastic flow), 팽창 유동(Dilatant flow)으로 분류됩니다.
3.
오답 분석 (Distractor Analysis)
-
혼동 주의! ①번: 비뉴턴 유체는 전단속도에 따라 점도가 변하므로, 단일 전단속도 조건으로는 완전한 유동 특성을 알 수 없습니다.
여러 전단속도 조건에서 측정한 유동 곡선(Flow curve)이 필요합니다.
- ②번: 비뉴턴 유동은 모든 용액에서 나타나지 않으며, 대부분의 순수 액체나 저분자 용액은 뉴턴 유동을 보입니다.
- ④번과 ⑤번: 점도가 일정하고 전단응력-전단속도가 원점을 지나는 직선 관계인 것은
혼동 주의! 뉴턴 유동(Newtonian flow)의 전형적인 특징입니다. 비뉴턴 유동의 반대 개념이므로 오답입니다.
4.
연관 개념 정리 (Related Concepts)
비뉴턴 유동의 세 가지 주요 유형을 비교해두면 국시에 매우 유용합니다.
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소성 유동(Plastic flow): 유동을 시작하기 위한 최소 응력인
항복값(Yield value)이 존재합니다. 이 응력 이상이 되면 뉴턴 유체처럼 움직입니다. (예: 치약, 페인트)
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의가소성 유동(Pseudoplastic flow): 전단속도가 증가함에 따라 점도가 감소하는
전단박화(Shear thinning) 현상이 나타납니다. (예: 고분자 용액, 크림, 로션) -
핵심! 가장 흔한 비뉴턴 유동 형태입니다.
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팽창 유동(Dilatant flow): 전단속도가 증가함에 따라 점도가 증가하는
전단농화(Shear thickening) 현상이 나타납니다. (예: 고농도 현탁액, 모래-물 혼합물)
개념 정리
| 구분 | 전단응력-전단속도 관계 | 점도 변화 | 대표 예시 |
|---|
| 뉴턴 유동 | 원점 지나는 직선 | 일정 (전단속도 무관) | 물, 글리세린, 에탄올 |
| 비뉴턴 유동 (소성) | 직선이나 항복값 있음 | 항복값 초과 시 일정 | 치약, 페인트 |
| 비뉴턴 유동 (의가소성) | 비직선 (위로 볼록) | 전단속도 ↑ → 점도 ↓ (전단박화) | 고분자 용액, 크림, 로션 |
| 비뉴턴 유동 (팽창) | 비직선 (아래로 볼록) | 전단속도 ↑ → 점도 ↑ (전단농화) | 고농도 현탁액 |
암기 팁
"의사는 박사"라고 외워보세요. '의가소성(Pseudoplastic)은 전단속도가 증가할수록 점도가 감소(Shear thinning)한다. = '점도가 '박'탈된다'고 연상하면 기억에 오래 남습니다.