핵심 해설
이 문제는 약제학(Pharmaceutics)에서 재료의 유동 특성을 나타내는 비뉴턴 유동(Non-Newtonian Flow)의 유형별 유동 곡선(Flow curve: 전단응력(Shear stress, τ) vs 전단속도(Shear rate, γ))의 형태를 이해하고 있는지 확인하는 문제예요.
핵심! 유동 곡선의 시작점(원점인지, 전단응력 축의 양수값인지)과 곡선의 휘는 방향(위로 볼록(Concave downward)인지, 아래로 볼록(Concave upward)인지, 직선(Linear)인지)을 정확히 구분해야 해요.
0. 용어부터 정리하고 갑시다 (Terminology)
가장 많이 헷갈리는 지점이에요. 한자
擬(의)는 영어 접두사
pseudo-의 번역어예요. 의사코드(pseudocode), 의사난수(pseudorandom)처럼 '가짜의·비슷한'이라는 뜻이죠. 따라서
의소성(擬塑性) = pseudoplastic = 유사소성으로, 둘은
같은 말이에요. 반면 항복값을 갖는 Bingham body의 유동은
소성(塑性) 유동(plastic flow)이며 '의(擬)'가 붙지 않습니다. 일부 교재나 강의에서 '의소성'을 소성 유동의 뜻으로 잘못 쓰는 경우가 있으니,
시험에서는 영문 용어(plastic / pseudoplastic)를 기준으로 판단하세요.
1. 핵심 개념 분석 (Key Concept)
비뉴턴 유동은 크게 세 가지 유형으로 나뉩니다:
소성 유동(Plastic Flow),
유사소성 유동(Pseudoplastic Flow),
팽창성 유동(Dilatant Flow).
-
소성 유동(Plastic Flow):
항복값(Yield value, 항복응력) 이상의 전단응력이 가해져야 흐르기 시작하는 유동입니다. 즉, 유동 곡선은 전단응력 축(τ축)의 양의 값에서 시작하여 이후에는 직선(Linear) 관계를 보입니다. 항복값 이하에서는 탄성 고체(Elastic solid)처럼 거동합니다. 대표적인 예로
카오펙틴(Kaopectin) 같은 응집된 현탁액(Flocculated suspension)이 있어요.
-
유사소성 유동(Pseudoplastic Flow):
전단속도가 증가함에 따라 겉보기 점도(Apparent viscosity)가 감소하는 전단박화(Shear-thinning) 유동입니다. 유동 곡선은
원점에서 시작하여 위로 볼록(Concave downward)한 곡선 형태를 띱니다. 대부분의 고분자 용액(Polymer solution)인
나트륨 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 트라가칸타(Tragacanth), 알긴산 나트륨(Sodium Alginate) 등이 이에 해당합니다.
-
팽창성 유동(Dilatant Flow):
전단속도가 증가함에 따라 겉보기 점도가 증가하는 전단농후(Shear-thickening) 유동입니다. 유동 곡선은
원점에서 시작하여 아래로 볼록(Concave upward)한 곡선 형태를 띱니다. 대표적으로 고농축 전분 현탁액(Starch suspension)이 있어요.
-
뉴턴 유동(Newtonian Flow):
전단응력과 전단속도가 정비례하여 점도가 일정한 유동입니다. 유동 곡선은
원점을 지나는 직선(Straight line)입니다.
2. 정답 근거 (Answer Rationale)
정답은
1번입니다. "소성 유동은 전단응력 축의 양의 값(항복값)에서 시작하는 직선을 나타낸다"는 설명은 소성 유동의 가장 핵심적인 특징을 정확하게 기술하고 있어요. 항복값(Yield value)에 도달해야 흐르기 시작하며, 항복값 이후에는 전단응력-전단속도 관계가 직선을 이루는 것이 특징입니다.
3. 오답 분석 (Distractor Analysis)
혼동 주의! 각 유동의 곡선 방향과 시작점을 반드시 구분하세요.
-
②번: "유사소성 유동은 원점에서 시작하며 아래로 볼록한 곡선을 나타낸다." →
오답 유사소성 유동은 원점에서 시작하지만
위로 볼록(Concave downward)한 곡선입니다. 아래로 볼록(Concave upward)한 곡선은 팽창성 유동의 특징이에요.
-
③번: "팽창성 유동은 전단응력 축의 양의 값에서 시작하는 직선을 나타낸다." →
오답 팽창성 유동은 원점에서 시작합니다. 전단응력 축의 양의 값(항복값)에서 시작하는 유동은 소성 유동입니다.
-
④번: "소성 유동은 원점을 지나는 위로 볼록한 곡선을 나타낸다." →
오답 소성 유동은 항복값이 있어 원점을 지나지 않습니다. 원점을 지나는 위로 볼록한 곡선은 유사소성 유동의 특징이에요.
-
⑤번: "유사소성 유동은 원점을 지나는 직선이며, 기울기가 일정하다." →
오답 원점을 지나는 직선이며 점도(기울기)가 일정한 유동은
뉴턴 유동(Newtonian Flow)입니다. 유사소성 유동은 곡선이며, 겉보기 점도가 전단속도에 따라 변합니다.
4. 연관 개념 정리 (Related Concepts)
유동 유형별 겉보기 점도(Apparent Viscosity, ηa)의 변화도 함께 암기하세요.
- 뉴턴 유동: ηa = 일정 (점도가 전단속도와 무관)
- 유사소성 유동: ηa = 감소 (전단속도 ↑ → 점도 ↓)
- 팽창성 유동: ηa = 증가 (전단속도 ↑ → 점도 ↑)
- 소성 유동: 항복값 이후 ηa = 감소 (소성 유동은 항복값을 넘으면 유사소성과 비슷하게 거동하나,
항복값이 존재한다는 점이 결정적 차이)
개념 정리:
| 유동 유형 | 영문 | 시작점 | 곡선 형태 | 점도 변화 |
|---|
| 뉴턴 유동 | Newtonian | 원점 (0,0) | 직선 (Linear) | 일정 |
| 소성 유동 | Plastic (Bingham) | τ축 양의 값 (항복값) | 직선 (항복값 이후) | 항복값 이후 감소 |
유사소성 유동
(=의소성) | Pseudoplastic | 원점 (0,0) | 위로 볼록 (Concave downward) | 감소 (전단박화) |
| 팽창성 유동 | Dilatant | 원점 (0,0) | 아래로 볼록 (Concave upward) | 증가 (전단농후) |
한눈에 비교! "소성(Plastic) = 항복값이 있어야 흐름이 시작 /
유사소성(Pseudoplastic) = Pseudo(擬, 가짜) + Plastic = 항복값은 없는데 소성처럼 '보이는' 유동 / 팽창성(Dilatant) = Dilate(팽창하다, 부피가 늘어 점도 증가)".
이름에 '가짜(擬·pseudo)'가 붙으면 항복값이 없다고 기억하면 두 개념을 절대 헷갈리지 않아요.
암기 팁 유사소성(Pseudoplastic)과 팽창성(Dilatant)의 곡선 방향이 헷갈린다면? "유사소성 = 위로 볼록 = 전단 시 점도가 낮아져서(↓) 흐름이 빨라지니까 위로 치솟는다."라고 연상하세요. 반대로 "팽창성 = 아래로 볼록 = 전단 시 점도가 높아져서(↑) 흐름이 느려지니까 아래로 꺾인다."로 외우세요.
단, 축이 바뀌면 볼록 방향도 반대로 보입니다. 교재에 따라 x축을 전단응력, y축을 전단속도로 그리는 경우가 있으니 그림을 볼 때
축 이름을 먼저 확인하세요.
국시 빈출 포인트 이 문제는 약사 국가고시
약제학 과목에서 레올로지(Rheology) 영역의 고전적이면서도 가장 기본적인 문제입니다. 각 유동의 대표적인 약물/제제 예시(소성: 응집 현탁액, 유사소성: 고분자 용액, 팽창성: 고농축 현탁액)와 함께 묻는 경우가 많으니 반드시 연결지어 암기하세요.
기출 변형 주의! "다음 중 유사소성 유동을 나타내는 약제학적 원료는?" 또는 "제조 공정 중 교반 속도에 따라 점도가 증가하는 현탁액의 유동 유형은?" 같은 변형 문제에 대비하세요. 단순 곡선 형태에서 나아가 실제 약물 제형(Dosage form)에 적용된 예시를 묻는 문제가 자주 출제됩니다.