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非ニュートン流体の定義

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（画像はイメージです）

非ニュートン流体とは、次のような流体のことである。粘度 changes under an applied せん断応力. Unlike a Newtonian fluid where viscosity is constant, its flow properties are not described by a linear relationship between shear ストレス ([latex]\tau[/latex]) and shear rate ([latex]\dot{\gamma}[/latex]). This dependency can manifest as せん断減粘性（粘度は応力とともに低下する）またはせん断増粘（粘度は応力とともに増加する。）

ニュートン流体と非ニュートン流体の根本的な違いは、せん断に対する応答にあります。ニュートン流体の場合、その関係は線形であり、ニュートンの粘性法則 [latex]tau = mu dot{gamma}[/latex] で定義されます。ここで、[latex]mu[/latex] は定数の粘性係数です。非ニュートン流体の場合、この関係は非線形であり、時間に依存する可能性があります。見かけの粘度は [latex]eta = tau / dot{gamma}[/latex] で定義され、定数ではなく、せん断速度自体の関数 [latex]eta(dot{gamma})[/latex] になります。

この挙動は、流体の内部微細構造、例えば長いポリマー鎖、懸濁粒子、またはエマルジョンに起因します。せん断力が加わると、これらの微細構造は整列、変形、または再配置され、流体の流れ抵抗が変化します。例えば、ポリマー溶液（せん断減粘性流体）では、ランダムに巻かれたポリマー鎖が高せん断下で絡まりを解き、流れの方向に整列するため、内部摩擦が減少し、粘度が低下します。逆に、コーンスターチを水に懸濁させたような高濃度懸濁液（せん断増粘性流体）では、高せん断下で粒子が密集し、粘度が急激に増加する可能性があります。

The study of these complex flow behaviors is called rheology. Understanding a fluid’s non-Newtonian properties is critical in many industrial processes, from pumping and mixing to coating and molding, as the processing conditions directly influence the material’s behavior.

積層造形, 流体力学, ポリマー, レオロジー

UNESCO Nomenclature: 2210

機械工学

タイプ

抽象システム

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

アイザック・ニュートンの粘性法則（1687年）
トーマス・グラハムによるコロイドと懸濁液に関する研究（1860年代）
粘度測定技術の開発
粘土スラリーや塗料などの材料における異常流動の初期観察

アプリケーション

食品加工（例：ケチャップ、マヨネーズ）
化粧品（例：クリーム、マニキュア）
石油産業における掘削泥水
液体防弾チョッキ
塗料製造

特許:

潜在的なイノベーションのアイデア

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歴史的背景

シュレーディンガー方程式

これは量子力学における基本的な方程式であり、物理系の量子状態が時間とともにどのように変化するかを記述するものです。これは波動関数 [latex]Psi(x, t)[/latex] に関する線形偏微分方程式です。時間依存バージョンは [latex]ihbarfrac{partial}{partial t}Psi = hat{H}Psi[/latex] であり、[latex]hat{H}[/latex] は系の全エネルギーを表すハミルトニアン演算子です。

量子運動量演算子

量子力学では、運動量はベクトル演算子で表される観測量です。位置基底では、運動量演算子は [latex]hat{vec{p}} = -ihbarnabla[/latex] で与えられます。ここで、[latex]hbar[/latex] は換算プランク定数、[latex]nabla[/latex] は勾配演算子です。運動量の保存は、並進対称性を持つ系の場合、ハミルトニアン演算子が運動量演算子と可換であるという事実に対応します。[latex][hat{H}, hat{vec{p}}] = 0[/latex]。

ハイゼンベルクの不確定性原理

粒子の相補的な物理的性質の特定のペアを同時に完全に正確に知ることは不可能です。最も一般的な例は、位置 [latex]x[/latex] と運動量 [latex]p[/latex] です。原理によれば、それらの不確実性の積 [latex]Delta x[/latex] と [latex]Delta p[/latex] は、特定の値 [latex]Delta x Delta p ge frac{hbar}{2}[/latex] 以上でなければなりません。

非ニュートン流体の定義

熱力学の第零法則

この法則は熱平衡の概念を確立する。2つの系がそれぞれ別の独立した系と熱平衡状態にある場合、それらの系同士も熱平衡状態にある。この推移律により、温度を状態関数として正式に定義することが可能となり、温度計や普遍的な温度目盛を構築するための合理的な根拠となる。

ロンドン分散部隊

ロンドン分散力（LDF）は、原子や分子の電子雲における量子力学的ゆらぎから生じる、ファンデルワールス力の中で最も弱いタイプです。これらのゆらぎは、一時的で瞬間的な双極子を生成し、それが隣接する原子に対応する双極子を誘起し、結果として正味の引力が生じます。距離[latex]r[/latex]にある2つの原子間の相互作用ポテンシャルエネルギー[latex]V[/latex]は、おおよそ[latex]V = -frac{C_6}{r^6}[/latex]です。

プランク軌跡

プランク軌跡とは、白熱黒体放射体の色が温度変化に伴って色度空間内でたどる経路のことです。これは通常、CIE 1931 xy色度図上に、赤橙色領域から青白色領域へと弧を描く形で示されます。これは色温度を定義する際の基本的な基準となります。

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ランタニド収縮

ランタノイド収縮とは、ランタノイド元素（ランタンからルテチウムまで）の原子半径およびイオン半径が原子番号の増加に伴って着実に減少する現象である。この現象は、4f電子による原子核電荷の遮蔽効果が低いことに起因する。その結果、ランタノイドに続く第6周期元素は、第5周期元素と同様に、予想外に小さくなる。

量子統計学

量子統計学は、同一粒子の区別不可能性を説明するために古典統計力学を修正する。量子統計学は2種類に分けられる。1つはフェルミオン（電子のような半整数スピン粒子）に関するフェルミ・ディラック統計で、これはパウリの排他原理に従う。もう1つはボソン（光子のような整数スピン粒子）に関するボーズ・アインシュタイン統計で、これらは同じ量子状態を占めることができる。この区別は、低温高密度の環境において極めて重要となる。

チキソトロピー流体を攪拌する科学者が、力学における時間依存性の粘度変化を示す。.

時間依存性粘度：チキソトロピーとレオペキシー

チキソトロピーとレオペクシーは、粘度の時間依存的な変化を表す。チキソトロピー性流体は、一定のせん断応力下で粘度が時間とともに低下する（例：ヨーグルトはかき混ぜるとサラサラになる）。一方、レオペクシー（または反チキソトロピー性）流体は、一定のせん断応力下で粘度が時間とともに上昇する（例：一部の潤滑油）。これらの効果は可逆的であり、一定期間静置すると流体は元の状態に戻る。

量子トンネル効果

量子力学における現象の一つで、波動関数がポテンシャルエネルギー障壁を透過できる現象である。古典力学では、障壁を乗り越えるのに十分なエネルギーを持たない粒子は反射される。しかし、粒子は波動性を持つため、障壁の反対側に粒子が現れる確率はゼロではなく、実質的に障壁を「トンネル効果」によって通過する可能性がある。

電気化学ポテンシャルの基本方程式

電気化学ポテンシャル [latex]bar{mu}_i[/latex] は、系内の荷電種 `i` の全エネルギーを定量化します。これは、濃度と固有の特性を考慮した化学ポテンシャル [latex]mu_i[/latex] と静電ポテンシャルエネルギー [latex]z_i F phi[/latex] を組み合わせたものです。式は [latex]bar{mu}_i = mu_i + z_i F phi[/latex] で、ここで [latex]z_i[/latex] はイオンの電荷、[latex]F[/latex] はファラデー定数、[latex]phi[/latex] は局所的な電位です。

オンサーガーの相互関係

非平衡熱力学における重要な定理であるこれらの関係式は、エネルギーと物質の結合した流れの間の特定の相互係数が等しいことを表しています。磁場がない場合、輸送係数の行列は対称であることを示しています。[latex]L_{alphabeta} = L_{betaalpha}[/latex]。これは、熱電効果におけるゼーベック効果やペルティエ効果など、一見無関係に見える輸送現象を結びつけます。

相関色温度（CCT）

相関色温度（CCT）は、LEDや蛍光灯など、理想的な黒体として放射しない光源のための指標です。これは、光源の色に最も近い色として知覚されるプランク放射体の温度です。この「近さ」は、光源の色度座標に最も近いプランク軌跡上の点を見つけることによって決定されます。

完全反射拡散板（PRD）

完全反射拡散板（パーフェクトホワイトとも呼ばれる）は、測色法や分光測光法における基準として用いられる、理論上の理想化された表面です。可視光スペクトルのあらゆる波長において入射光を100%反射し、かつその光を完全に拡散反射（ランバート反射）する表面と定義されます。つまり、どの角度から見ても明るさが均一であるということです。

（日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。）