Capillarité

[EspritTordu]

Bonjour,


Pourquoi la tension superficielle tend à faire monter un liquide dans un tube d'essai? Quelle est la force et la vitesse du phénomène?


Merci d'avance.
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[invite5e13efe5]

Bonjour,


Pourquoi la tension superficielle tend à faire monter un liquide dans un tube d'essai? Quelle est la force et la vitesse du phénomène?


Merci d'avance.

Bonjour,
la tension superficielle ne tend pas dans tous les cas à faire monter un liquide dans un tube ... Le liquide peut s'élever dans le tube ou alors descendre dans le tube, cela dépend de sa nature ... De l'eau s'élévera, du mercure s'abaissera, ceci est du à leur angle de contact. La loi de jurin permet de calculer la hauteur à laquelle on va s'élever ou s'abaisser dans le capillaire.

[EspritTordu]

Bonjour,
la tension superficielle ne tend pas dans tous les cas à faire monter un liquide dans un tube ... Le liquide peut s'élever dans le tube ou alors descendre dans le tube, cela dépend de sa nature ... De l'eau s'élévera, du mercure s'abaissera, ceci est du à leur angle de contact. La loi de jurin permet de calculer la hauteur à laquelle on va s'élever ou s'abaisser dans le capillaire.

Oui, il est vrai que l'angle de contact fait varier l'effet. D'après mes quelques lectures sur internet, l'eau grimpe alors que le mercure descend. La loi de Jurin donne la hauteur finale auquel on doit s'attendre. Mais pourquoi y-a-t-il une force verticale qui pousse l'eau (par exemple)? Pourquoi la hauteur est-elle limitée? Comment évolue la vitesse de montée? Qu'est-ce que la loi de Laplace stipulant qu'une surface courbée fait une dépression? Que se passe-t-il si au lieu du couple verre-eau, on prend plastique-eau?

[invite88ef51f0]

Salut,
La capillarité provient de la tension superficielle. SI tu considères la surface d'un matériau, les molécules à la surface n'ont pas de voisin d'un côté. Du coup, les interactions de tous les voisins sont moins fortes que pour les autres atomes et l'atome de la surface est moins lié. Dit autrement, avoir une surface coûte une certaine énergie.
Si tu considères l'interface entre deux milieux, l'énergie que coûte la surface sera plus moins grande suivant les interactions entre les deux milieux. C'est caractérisé par la tension superficielle, qui est l'énergie que coûte la surface pour deux milieux donnés.

Maintenant, plaçons-nous dans le cas où on observe la capillarité. Il se trouve que la tension superficielle pour une interface verre-air est plus élevée que pour une interface verre-eau. Donc si l'eau monte, c'est-à-dire si tu diminues la surface verre-air au profit de la surface verre-eau, tu vas diminuer l'énergie de ton système. Si tu prends en compte la gravité, il va arriver à un moment où la force capillaire ne suffira plus à monter toute l'eau dans la colonne. Le poids dépend du volume alors que la tension superficielle dépend de la surface, donc plus ta colonne est étroite plus l'eau monte haut.

Qu'est-ce que la loi de Laplace stipulant qu'une surface courbée fait une dépression?

Si tu prends une bulle de savon, la pression est plus élevée à l'intérieur. Tu pourrais t'attendre à ce que ça fasse gonfler la bulle, mais cela signifierait augmenter la surface de la bulle, ce qui n'est pas favorable énergétiquement à cause de la tension superficielle savon-air. Donc l'équilibre est atteint pour une pression plus élevée à l'intérieur qu'à l'extérieux.

Que se passe-t-il si au lieu du couple verre-eau, on prend plastique-eau?

Il faut regarder les tensions superficielles, et plus précisément comparer la tension verre/air moins la tension verre/eau à la différence plastique/air - plastique/eau.

[A voir en vidéo sur Futura]

[EspritTordu]

La capillarité provient de la tension superficielle. SI tu considères la surface d'un matériau, les molécules à la surface n'ont pas de voisin d'un côté. Du coup, les interactions de tous les voisins sont moins fortes que pour les autres atomes et l'atome de la surface est moins lié. Dit autrement, avoir une surface coûte une certaine énergie.

Voici un lien : http://en.wikipedia.org/wiki/Surface_tension
Le schéma du paragraphe "Cause" illustre bien cela n'est-ce pas? Les molécules aux frontières sont attirées à l'intérieur de l'eau à cause d'un déséquilibre des forces que subies les dites molécules.

Maintenant, plaçons-nous dans le cas où on observe la capillarité. Il se trouve que la tension superficielle pour une interface verre-air est plus élevée que pour une interface verre-eau. Donc si l'eau monte, c'est-à-dire si tu diminues la surface verre-air au profit de la surface verre-eau, tu vas diminuer l'énergie de ton système. Si tu prends en compte la gravité, il va arriver à un moment où la force capillaire ne suffira plus à monter toute l'eau dans la colonne. Le poids dépend du volume alors que la tension superficielle dépend de la surface, donc plus ta colonne est étroite plus l'eau monte haut.

Cette interaction entre matériaux se caractérise par l'angle de contact, c'est cela? Pour l'eau et le verre propre c'est 0°, le maximum?

Est-ce que le verre agit sur l'eau ou bien c'est l'eau qui réagit sur le verre? Je veux dire est-ce qu'il y a des forces électromagnétiques exercées par le verre
(qui existent même sans l'eau)?

J'ai du mal à comprendre cependant pourquoi l'eau monte... Si le liquide à tendance à vouloir se refermer sur lui-même, pourquoi devrait-il monter? Ne devrait-t-il pas descendre?

Que se passe-t-il si au lieu d'air, on a du vide, de l'huile...?


Si la loi de Jurin vaut h=(2*gamma*cos(théta))/(r*rhô*g), comment déterminer l'expression de la force de montée en fonction de t?

Il faut regarder les tensions superficielles, et plus précisément comparer la tension verre/air moins la tension verre/eau à la différence plastique/air - plastique/eau.

Connaissez-vous un autre lien sur internet où sont listées les différentes tensions superficielles?

[EspritTordu]

Au passage, Voici un lien assez amusant : http://dispourquoipapa.free.fr/experiences/ex00037.htm

Ici figure une expérience sur la capillarité où celle-ci a lieu sur un papier essuie-tout.

Pourquoi le cycle ne se fait pas à l'envers, pourquoi l'eau ne monte-t-elle pas depuis le verre jaune vers le verre bleu?
Si le verre jaune était retiré, l'eau coulerait-elle toujours? Est-ce toujours le cas aussi si le papier de liaison était tenu à la verticale?

Dîtes, cela ne ressemble-t-il pas un peu aux expériences sur les piles électriques entre deux béchers comme avec les piles à l'hydrogène..?

[EspritTordu]

Voici un autre lien anglophone : http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu...urten2.html#c4

Dans le premier paragraphe Bubble pressure :

The surface tension force downward around circle is twice the surface tension times the circumference, since two surfaces contribute to the force:

Quelles sont les deux surfaces en question s'il vous plaît? Pourquoi multiplier par 2 la force T*pi*r*2?

Dans cette page http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu...ptens.html#lap où l'on explique la loi de Laplace, on conclut que pour un cylindre (si je comprend bien un cercle plutôt...) la force de tension de surface est T=PR où P est la pression interne moyenne et R le rayon du dit cylindre. Maintenant, il est ajouté que pour une sphère la force est de T=PR/2 ; D'où vient ce 2?

[invite1c3dc18e]

un bon cours aussi (il est simple mais strict) pour comprendre le phénomène c'est le suivant: http://164.15.129.188/CHIM019.pdf

a++

[EspritTordu]

Merci pour lien. Mais je reste sur ma question pourquoi la force de montée est multipliée par deux? Où tout le monde voit-il deux surfaces en contact avec l'air?

[invite93279690]

Dans cette page http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu...ptens.html#lap où l'on explique la loi de Laplace, on conclut que pour un cylindre (si je comprend bien un cercle plutôt...) la force de tension de surface est T=PR où P est la pression interne moyenne et R le rayon du dit cylindre. Maintenant, il est ajouté que pour une sphère la force est de T=PR/2 ; D'où vient ce 2?

Pour représenter une surface en 3D tu as besoin de deux courbures spécifiques appelées courbures principales et notées et .

En fait la loi de laplace dit un truc du genre :


Pour un cylindre un des rayon de courbure est infini (celui dans le sens de la longueur) et donc par exemple tend vers zero et on obtient .
Pour la sphère les deux courbures principales ont même valeur et valent toutes les deux, on a donc :

et donc

[invite5e13efe5]

La loi de la place généralisée nous dit que la différence de pression vaut TC (1/r1 + 1/r2) ou r1 et r2 sont les rayons de courbure.

Prenons le cas d'une goutte bien circulaire : r1 = r2 donc, Différence de pression vaut 2Tc/R

Cas d'un cylindre, r1 = r, r2 tend vers l'infini donc 1/r2 tend vers 0, on retrouve bien différence de pression = Tc/R

Cas d'une bulle : 4Tc/R etc ...

[EspritTordu]

Quel est la différence entre une goutte circulaire et une bulle?

[invite93279690]

Quel est la différence entre une goutte circulaire et une bulle?

Si le substrat sur lequel est la goutte est non mouillant alors il n'y en a pas à ma connaissance. Par contre si il est un peu mouillant alors la goutte va s'étaler et ne va pas forcément ressembler à une demi-sphère, ça dépend de la longueur capillaire je crois.

[invite5e13efe5]

Une goutte, c'est plein à l'intérieur, il y a par exemple de l'eau, donc une seule interface.

Une bulle, à l'intérieur, il y a de l'air par exemple, deux interfaces donc à prendre en compte

[invite1c3dc18e]

Une goutte, c'est plein à l'intérieur, il y a par exemple de l'eau, donc une seule interface.

Une bulle, à l'intérieur, il y a de l'air par exemple, deux interfaces donc à prendre en compte

que l'air et l'eau soient à l'intérieur ou à l'extérieur de la sphère fictive, cela ne change pas le nombre d'interfaces. Il n'y en a toujours qu'une seule.

Par contre dans le cas des bulles de savon on a plusieurs interfaces.

[invite93279690]

Une goutte, c'est plein à l'intérieur, il y a par exemple de l'eau, donc une seule interface.

Une bulle, à l'intérieur, il y a de l'air par exemple, deux interfaces donc à prendre en compte

Effectivement je sais pas pourquoi mais j'imaginais une "sphere d'eau" à la place d'une bulle, c'est un peu bête je l'admets.

[EspritTordu]

que l'air et l'eau soient à l'intérieur ou à l'extérieur de la sphère fictive, cela ne change pas le nombre d'interfaces. Il n'y en a toujours qu'une seule.

Par contre dans le cas des bulles de savon on a plusieurs interfaces.

Une bulle, c'est une enveloppe, n'est-ce pas? Qu'elle soit vide ou pleine? L'important, c'est que le contenu, et l'extérieur de la bulle soit différent du matériau de la dite bulle.

Que se passe-t-il si on augmente la pression de l'air dans le capillaire?

Que se passe-t-il si le capillaire à une section variable?

Est-ce que le fluide va retomber si le capillaire a sa section supérieure recourbée vers le bas et en même temps, si elle s'élargie alors?

Comment déterminer la vitesse d'ascension du fluide dans un capilaire de rayon r avec de l'eau de masse volumique rhô, sous une pesanteur g et une interface avec le verre déterminant une tension superficielle T?

J'ai un début, peut-être est-ce faux :
T*2*pi*r-rho*g*pi*r^2*h(t)=a*rho*pi*r^2 *h(t) où a est l'accélération de Newton et h la hauteur de l'eau dans le capillaire.

si (T*2)/(rho*r)=C alors cela donne C/h(t)-g=a d'où sous forme différentielle
C/h-g=(d²h/d²t) soit donc C/h-(d²h/d²t)=g.

Il faut résoudre l'équation différentielle je pense...

[EspritTordu]

Quel est la vitesse dans un tube de 1 mm pour de l'eau?