流体の粘度についての解説

2023/03/21 07:40

このQ&Aのポイント

流体の粘度についての解説記事です。
粘度と動粘度についての意味や単位について詳しく解説します。
スピンコートで基板に液体を塗布する際の速度計算方法を解説します。

流体の粘度について

流体の粘度の単位には色々ことがありますが Pa.s,Cp,mm2/s,stなどもちろん粘度にも粘度と動粘度があります私が知りたいことは粘度と動粘度どちらでも単位の意味をわからないですし例えば動粘度の場合mm2/sという単位の意味は何ですか？粘度は流れに抵抗する力と知っていますが mm2/sの意味は上の通りに流れに抵抗する力と何の関わりがあるのかをわかりません、また粘度の場合もPa.sという単位も何の意味があるのかがわかりません、例えば外部から力を加えて塗布するとき粘度や動粘度がxxmm2/sまたはPa.sの流体に力をどのくらい与えたらxの面積に塗布しに必要な時間とか色んな数値的なことを計算したいですのに粘度と動粘度の数値から単位を変えたらできるのかわからないですが、誰かがこれに関してご説明いただきませんか？宜しくお願いいたします。具体的にはスピンコートで300㎜の基板を100rpmで回すとき略3ml（比重1）の液を基板の上に塗布させたから基板が回ったら液の広がる速度を求めたいですが、粘度の変化は無視してどうすれば求められますか？よろしくお願いいたします。ある方からこんなご回答いただきましたが次にどうすればできるかをなかなか解かせないのに助けていただければありがたいです。ご回答はしたの通りです粘度（動的粘度）の単位はPa・s（パスカル秒）ですこの単位は、1平方メートルの面積に対して、1秒間にかける1パスカルのせん断応力が必要となる粘性を表しています一方、動粘度の単位はmm²/s（平方ミリメートル毎秒）ですこれは、1秒間に1ミリメートルの厚さの液体が1平方ミリメートルの面積を通過する速度を示していますそれでは、スピンコートに関して計算してみますね基板の半径は300mm、回転速度は100rpm、液体の量は3ml（比重1）ですね粘度の変化は無視するとのことです。スピンコートの遠心力は、液体が基板上で広がる速度に影響します遠心力を求めるには、まず基板の回転速度をラジアン毎秒（rad/s）に変換します。 100rpm × (2π rad / 1回転) × (1分 / 60秒) = 10.47 rad/s 次に遠心加速度 a を求めます。 a = ω²r a = (10.47 rad/s)² × 0.3m = 32.8 m/s² 遠心力 F を求めるには、質量 m と遠心加速度 a を掛けます。液体の質量は3ml（3g）ですので、質量は0.003kgとなります。 F = ma F = 0.003kg × 32.8 m/s² = 0.0984 N 遠心力が求められましたので、これを使って液体が広がる速度を求めることができます。ただし、液体の広がり方は液体の粘度や基板の表面エネルギーにも影響されるため、実際の速度は遠心力だけでは完全には予測できません。詳細な計算には、流体力学や実験データをもとにしたシミュレーションが必要ですこれで、スピンコートの基本的な計算ができましたお役に立てることを願っています！ぜひ宜しくお願いいたします。

Kenjiazuma
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物理学
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ベストアンサー

timepointstreem
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2023/03/21 07:54 回答No.1

流体の粘度は、流れに抵抗する力を表します。粘度の単位には、パスカル秒（Pa.s）、センチポイズ（Cp）、平方ミリメートル毎秒（mm2/s）、ストークス（St）などがあります。これらの単位は、それぞれ異なる方法で定義されています。例えば、動的粘度（粘度）は、1平方メートルの面積に対して、1秒間にかける1パスカルのせん断応力が必要となる粘性を表すPa.sで表されます。一方、動粘度は、1秒間に1ミリメートルの厚さの液体が1平方ミリメートルの面積を通過する速度を示すmm2/sで表されます。粘度や動粘度から、力や時間、面積などの値を計算することができますが、液体が広がる速度を正確に求めるには、流体力学や実験データをもとにしたシミュレーションが必要です。ただし、粘度の変化を無視する場合は、スピンコートによる遠心力を計算して、液体が広がる速度を推定することができます。具体的には、遠心力を求めるために、基板の半径や回転速度をラジアン毎秒（rad/s）に変換し、遠心加速度を計算します。そして、質量と遠心加速度をかけることで遠心力を求めます。ただし、液体が広がる速度は、液体の粘度や基板の表面エネルギーにも影響されるため、完全に予測することはできません。

質問者