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Tension de surface



  1. #1
    zephir84

    Question Tension de surface

    Une question simple que je me pose : la force de tension de surface est elle dirigée vers l'extérieur ou vers l'interieur du liquide? Et pourquoi?C'est une force exercée par quel acteur sur quel receveur?
    Merci par avance de vos réponses.

    -----


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  3. #2
    Astérion

    Re : Tension de surface

    Bonjour,

    Il existe une force normale à la surface d'une interface entre 2 phase:
    Cette force est proportionnelle à l'élément de surface et à la pression.

    On peut définir la tension de surface comme une force par unité de longueur. Mais cette force est tangente à la surface!

  4. #3
    LPFR

    Re : Tension de surface

    Citation Envoyé par zephir84 Voir le message
    Une question simple que je me pose : la force de tension de surface est elle dirigée vers l'extérieur ou vers l'interieur du liquide? Et pourquoi?C'est une force exercée par quel acteur sur quel receveur?
    Merci par avance de vos réponses.
    Bonjour.
    Ça dépend.
    La force tend à minimiser la surface en respectant les conditions limites. Par exemple, au niveau du ménisque de l'eau dans un récipient en verre, qui est bien mouillé par l'eau, le ménisque est montant et les forces de tension de surface sont dirigées vers l'extérieur, vers le centre de courbure du ménisque.
    Par contre si le récipient est gras ou en plastique, de sorte que l'eau ne mouille pas la paroi, le ménisque est vers le bas et la force est dirigée vers le liquide car le centre de courbure du ménisque est situé dans l'eau.
    Vous pouvez imaginer l'origine de cette force comme si les atomes ou molécules voisines du liquide se tenaient par la main (plusieurs mains) en s'attirant. Pour les atomes dans le volume toutes les forces s'équilibrent, mais pour les atomes de la surface la force nette est dirigée vers le liquide. Donc, c'est une force d'attirance entre les atomes ou molécules du liquide.

    Dans le cas des surfaces mouillées par le liquide, les molécules de la surface du solide attirent eux aussi les atomes ou molécules de liquide. Le ménisque est "montant". Si le liquide ne mouille pas le solide, il n'y a pas de forces entre les molécules de surface du solide et du liquide et le ménisque est "descendant".
    Au revoir.

  5. #4
    Astérion

    Re : Tension de surface

    rebonjour,

    Je me pose une question par rapport à ce qui a été dit...
    La condition d'équilibre d'une ligne de contact entre 3 phases (bulle sur un support) fait intervenir 3 tensions de surface. Comment représente-t-on les forces de contact? Vous les voyez comment? "normale " à chaque surface?

  6. #5
    LPFR

    Re : Tension de surface

    Bonjour.
    Dans une discussion parallèle, Anacarsis vient de nous faire cadeau de ce magnifique lien:
    http://www.kruss.info/
    Vous avez même une version en français.
    C'est le meilleur article que j'ai vu sur le sujet.
    Au revoir.

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    Astérion

    Re : Tension de surface

    Ce que je veux dire... c'est que les tensions normales ne sont pas normales....

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  10. #7
    Astérion

    Re : Tension de surface

    pardon: tensions de surface ne sont pas normales à la surface

  11. #8
    Astérion

    Re : Tension de surface

    Pour les atomes dans le volume toutes les forces s'équilibrent, mais pour les atomes de la surface la force nette est dirigée vers le liquide. Donc, c'est une force d'attirance entre les atomes ou molécules du liquide.
    Es-tu sûr de toi? Tu oublies les forces qui s'opposent à la compression du liquide... il n'y a pas de force nette dirigée vers le liquide.
    Par contre rien n'empêche une force tangentielle (une tension) d'exister.

  12. #9
    LPFR

    Re : Tension de surface

    Citation Envoyé par Astérion Voir le message
    Es-tu sûr de toi? Tu oublies les forces qui s'opposent à la compression du liquide... il n'y a pas de force nette dirigée vers le liquide.
    Par contre rien n'empêche une force tangentielle (une tension) d'exister.
    Re.
    Oui, il y a des forces nettes dirigées vers le liquide. Comme dans le cas des ballons de baudruche ou des bulles de savons, ces forces (ou plutôt la pression qui en résulte) ne sont pas très grandes si le rayon de courbure est grand. Par contre, pour des très petites goûtes, la pression est très importante. Suffisamment pour abaisser le point de congélation de l'eau. Vous avez des brouillards dit "givrants" dans lesquelles les goûtes sont liquides parce qu'elles sont très petites. Des qu'elles touchent une surface, le rayon de courbure augmente, la pression diminue et l'eau gèle.
    Et oui, c'est cette tension tangentielle qui tend à diminuer le périmètre qui cause l'augmentation de pression. Comme un bandage serré, mais à symétrie sphérique.
    A+

  13. #10
    jeremsk

    Re : Tension de surface

    oui de mes souvenirs astérion a raison la tension de surface est tangentielle...(ce qui parait un peu étrange à première vue); il me semble qu'on peut voir ça comme la tendance spontanée du système (milieu1, milieu2) à minimiser son énergie de surface , donc à "compresser" l'interface tangentiellement....

  14. #11
    jeremsk

    Re : Tension de surface

    au niveau microscopique, cette énergie de surface tient à "l'effet de bord" subi par les molécules à l'interface, qui ne voient plus le composante des forces de pression venant "d'en haut", donc disymétrie, donc énergie de surface qui doit compenser cet effet (oula cest tres qualitatif ce que je raconte )

  15. #12
    LPFR

    Re : Tension de surface

    Bonjour.
    Citation Envoyé par jeremsk Voir le message
    ...donc à "compresser" l'interface tangentiellement....
    Oui, et la conséquence de cela, quand la surface est courbe est une pression donnée par la Loi de Laplace (Attention, la formule de Wikipedia est erronée: elle correspond à une bulle de savon, avec deux surfaces). La différence de pression est:

    Vous pouvez le sentir si vous tendez un bracelet élastique et vous le mettez autour d'un doigt au autour du poignet. Les forces sont tangentielles, mais créent des forces dirigées vers le centre de courbure.
    Mais les atomes ou les molécules de surface ne sont pas différentes des autres. La seule différence est que le forces de cohésion viennent d'un seul côté. Alors que dans le volume elles s'équilibrent.
    Au revoir.

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  17. #13
    zephir84

    Re : Tension de surface

    Citation Envoyé par LPFR Voir le message
    Bonjour.
    La force tend à minimiser la surface en respectant les conditions limites.
    Je ne comprend pas pourquoi la creation d'un ménisque minimise la surface? Le ménisque rend il compte de la surface minimum possible d'une surface (a volume donné) ?

  18. #14
    zephir84

    Re : Tension de surface

    Citation Envoyé par LPFR Voir le message
    Bonjour.
    Dans le cas des surfaces mouillées par le liquide, les molécules de la surface du solide attirent eux aussi les atomes ou molécules de liquide. Le ménisque est "montant". Si le liquide ne mouille pas le solide, il n'y a pas de forces entre les molécules de surface du solide et du liquide et le ménisque est "descendant".
    Le ménisque est pourtant nettement visible et montant dans de la verrerie préalablement nettoyés a l'acétone et séché proprement, non?

  19. #15
    zephir84

    Re : Tension de surface

    Comme malgrè tout jai encore quelques difficultés a etre bien clair sur cette notion je prend un autre exemple : l'épingle (ou la lame de rasoir) qui flotte sur l'eau.On dit que cela est possible grace au tension de surface. Mais qui cherche a minimiser sa surface dans ce cas? Et pourquoi (au niveau moléculaire) cette force est dirigé vers le haut de telle sorte qu'elle compense le poids?

    Merci

  20. #16
    zephir84

    Re : Tension de surface

    Et pour une bulle de savon en suspension dans lair, comment representer les forces de tension de surface .? Est elle dirigé vers lintérieu de la bulle ou est elle tangente?

  21. #17
    LPFR

    Re : Tension de surface

    Re.
    Citation Envoyé par zephir84 Voir le message
    Le ménisque est pourtant nettement visible et montant dans de la verrerie préalablement nettoyés a l'acétone et séché proprement, non?
    C'est exact.

    Citation Envoyé par zephir84 Voir le message
    Comme malgrè tout jai encore quelques difficultés a etre bien clair sur cette notion je prend un autre exemple : l'épingle (ou la lame de rasoir) qui flotte sur l'eau.On dit que cela est possible grace au tension de surface. Mais qui cherche a minimiser sa surface dans ce cas? Et pourquoi (au niveau moléculaire) cette force est dirigé vers le haut de telle sorte qu'elle compense le poids?
    Merci
    S'ils flottent c'est parce qu'ils ne se font pas mouiller par l'eau. Quand ils appuient sur la surface, ils l'enfoncent sans la percer el les forces qui minimisent la surface ont tendance à la ramener à la forme plane, et dans ce cas, vers le haut. C'est comme quand vous enfoncez un doigt dans un ballons de baudruche.
    Certains insectes qui ne se font pas mouiller peuvent s'entourer d'une bulle d'air qui leur permet de respirer ou même d'alimenter une "cloche" sous aquatique (comme l'argyronète).
    Mais si vous ajoutez un produit "surfactant", qui diminue la tension de surface de l'eau, les objets auront plus de difficulté à flotter.
    Au revoir.

  22. #18
    zephir84

    Re : Tension de surface

    Ok je commence a mieux comprendre.

    Citation Envoyé par zephir84 Voir le message
    Et pour une bulle de savon en suspension dans lair, comment representer les forces de tension de surface .? Est elle dirigé vers lintérieu de la bulle ou est elle tangente?

    Qu'en pensez vous?

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  24. #19
    zephir84

    Re : Tension de surface

    Alors ai je bien compris :

    En fait s'il ya mouillage, il y a forcement une composante non tangentielle.
    Si il n'y a pas mouillage, la tension superficielle est exclusivement tangentielle c'est ca?
    Dans le cas eau-air pour la bulle de savon, peut on dire que l'eau ne mouille pas l'air et que la composante est donc exclusivement tangentielle?
    Si jai juste jusqu'a la, je suis bien embéter pour continuer mon interpretation pour les interface solide-gaz car ici , la notion de mouillage est absente...

  25. #20
    LPFR

    Re : Tension de surface

    Bonjour.
    Vus devriez arrêter de ne penser qu'à la surface. La tension superficielle est une manifestation des forces de cohésion entre les atomes ou molécules d'un liquide (et du liquide avec le solide qui le contient).
    Vous pouvez voir les atomes et les molécules du liquide qui se tiennent par les mains (plusieurs mains) avec leurs voisins. Pour les atomes dans le volume les forces s'équilibrent mais pour les atomes en surface il manque tout un côté et la force nette est dirigée vers l'intérieur du liquide.
    Dans le cas d'un ménisque montant c'est l'attraction des molécules du liquide par celles de la paroi qui "tente" de faire grimper le liquide, contre les forces de cohésion des molécules de ce dernier.
    Une pellicule d'eau savonneuse se comporte comme un élastique étiré. Ceci fait que la pression à l'intérieur de la bulle doit être plus grande qu'à l'extérieur. La situation de plus basse énergie de l'eau de la bulle serait sous forme d'une goûte sphérique (pleine). Mais quand on la casse, l'eau n'a pas le temps de se regrouper. Localement, les morceaux de membrane se brisent en gouttelettes, car l'énergie en forme de gouttelettes est plus faible qu'en forme de membrane.
    Et je répète, les atomes et molécules de surface n'ont rien de spécial. Il n'y a pas une force due au fait qu'ils sont en surface. Mais le résultat des forces de cohésion en volume est que les liquides se comportent comme si la surface était une membrane élastique.
    Au revoir.

  26. #21
    Astérion

    Re : Tension de surface

    Citation Envoyé par zephir84 Voir le message
    Ok je commence a mieux comprendre.




    Qu'en pensez vous?
    Dans une bulle de savon, il n'y a pas que les tensions de surface!
    Les forces de pressions jouent un rôle.
    Dans une bulle, Le travail des forces de pression tendent à faire augmenter son volume à la bulle ; cependant, lorsque tu tends à faire augmenter le volume, tu augmentes la surface d'interface et l'énergie de surface augmente. La tension à l'interface va contrebalancer l'expansion de la bulle pour atteindre un volume d'équilibre.

    Pour imaginer comment les forces de tension opèrent:
    Prends un élastique entre tes doigts en ayant préalablement accrocher une petite masse en son centre. Cette masse va symboliser les forces de pressions. En tenant entre tes doigts l'élastique, tu ressentiras les forces de tensions qui s'opposent à l'élongation de l'élastique.

    Les tensions de surface sont tangentes à l'interface! C'est pour celà qu'on les nomme tension (comme une tension d'un fil)! C'est la contribution de l'ensemble des forces mises en jeu qui donne la courbure à l'équilibre d'une bulle par exemple.

  27. #22
    Astérion

    Re : Tension de surface

    Et je répète, les atomes et molécules de surface n'ont rien de spécial. Il n'y a pas une force due au fait qu'ils sont en surface. Mais le résultat des forces de cohésion en volume est que les liquides se comportent comme si la surface était une membrane élastique.
    Tu devrais faire un peu de thermo (ou 1er principe comme tu veux...) pour comprendre que les molécules en surface sont très particulières par rapport à celles en volume!

    D'un point de vue expérimentale: Pour mesurer une tension de surface, on utilise des balances d'arrachement ; à la limite de l'arrachement fais le bilan des forces...
    Ensuite plus simple faits des soudures entre 2 pointes séparées d'un millimètre avec un quantité de métal telles que les forces en volume soient négligeables à celles en surface... Si tu arrives avec aisance à poser la bille métallique de la soudure sur une pointe, j'accepterais humblement que tu viennes m'aider à faire mes 70 soudures!

  28. #23
    LPFR

    Re : Tension de surface

    Citation Envoyé par Astérion Voir le message
    Tu devrais faire un peu de thermo (ou 1er principe comme tu veux...) pour comprendre que les molécules en surface sont très particulières par rapport à celles en volume!

    D'un point de vue expérimentale: Pour mesurer une tension de surface, on utilise des balances d'arrachement ; à la limite de l'arrachement fais le bilan des forces...
    Ensuite plus simple faits des soudures entre 2 pointes séparées d'un millimètre avec un quantité de métal telles que les forces en volume soient négligeables à celles en surface... Si tu arrives avec aisance à poser la bille métallique de la soudure sur une pointe, j'accepterais humblement que tu viennes m'aider à faire mes 70 soudures!
    Bonjour.
    Je crois que ni le ton ni le contenu de votre message ne méritent de réponse de ma part.
    J'arrête cette discussion.
    Au revoir.

  29. #24
    Astérion

    Re : Tension de surface

    Soit.
    Je te donnais un conseil. Si tu le prends mal je m'en excuse ; J'essaierai d'agir la prochaine fois avec tac.

    Pour le coup des soudures, je m'excuse. J'avoue que c'était déplacer, mais j'en suis à la 50ième là et je craque.
    Encore pardon.
    Au revoir.

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  31. #25
    LPFR

    Re : Tension de surface

    Citation Envoyé par Astérion Voir le message
    Soit.
    Je te donnais un conseil. Si tu le prends mal je m'en excuse ; J'essaierai d'agir la prochaine fois avec tac.

    Pour le coup des soudures, je m'excuse. J'avoue que c'était déplacer, mais j'en suis à la 50ième là et je craque.
    Encore pardon.
    Au revoir.
    Re.
    Je problème est que je suis un peut trop vieux pour recevoir certain type de conseils. Vous ne connaissais pas les études que j'ai faits ni les matières que j'ai enseignées.

    En tout cas, pour moi, l'incident est oublié.
    Cordialement,
    LPFR

  32. #26
    Astérion

    Re : Tension de surface

    Re-salutations...

    Je problème est que je suis un peut trop vieux pour recevoir certain type de conseils. Vous ne connaissais pas les études que j'ai faits ni les matières que j'ai enseignées.
    (Pour le spam: je m'excuse d'avance)
    Juste une remarque: je me fiche royalement des études que vous avez faits: ens, X, mines-ponts,cap... ou du métier: boulanger, soudeur, prof , ministre, ingénieur...
    Certes je suis jeune, mais j'ai pourtant vu pas mal de personnes et je peux garantir (sur le plan des sciences physiques tout du moins) que l'origine (formation, métier), l'âge ne sont pas des critères intrinsèques de "sagesse", et d'exactitude.

    Pour conclure et pour ma part : une tension de surface (au sens de force) est tangentielle à l'interface entre 2 phases .
    Je reste ouvert à toute rectification si je dis vraiment une effroyable con***rie.

    Au revoir.

  33. #27
    mariposa

    Re : Tension de surface

    Citation Envoyé par Astérion Voir le message
    Dans une bulle de savon, il n'y a pas que les tensions de surface!
    Les forces de pressions jouent un rôle.
    Dans une bulle, Le travail des forces de pression tendent à faire augmenter son volume à la bulle ; cependant, lorsque tu tends à faire augmenter le volume, tu augmentes la surface d'interface et l'énergie de surface augmente. La tension à l'interface va contrebalancer l'expansion de la bulle pour atteindre un volume d'équilibre.
    Bonjour,

    Ce n'est pas ainsi que le problème se pose. La philosophie générale est qu'un système cherche à minimiser son énergie (enthapie ou énergie libre). Dans le cas de la bulle on suppose le volume constant et constant et la surface indéterminée. On sait que la réponse est la sphére qui minimise la surface et donc l'énergie de surface (qui est une grandeur positive).

    Pour comprendre comment se réalise l'équilibre mécanique d'un élement de surface de la bulle il faut faire un bilan sur un arc de cercle élementaire entre 2 points voisins A et B. Minimiser l'énergie de surface veut dire réduire la distance entre A et B. Pour voir la force résultante qui contracterait il suffit de sommer les tensions tangentielles sur l'arc de cercle pour voir que la résultante des forces est dirigée vers l'intérieur. Comme le système est à l'équilibre mécanique le volume intérieur réagit par une pression qui équilibre cett force intérieur (j'ai supposé que la pression extérieure était nulle). On voit ainsi qualitativement qu'il y a une relation entre le rayon de courbure et la pression interne (voir loi de Laplace).

  34. #28
    zephir84

    Re : Tension de surface

    Merci pour vos contribution mais please ne nous énervons pas, cela n'en vaut pas la peine.

    Voici un article au sujet des tension de surface. Pourriez vous m'expliquer comment les 3 forces ( sens surtout) ont été disposées sur le schéma de la figure 5. http://culturesciencesphysique.ens-l...tiranceSol.xml

    Est ce que qqun pourrait me proposer un schéma analogue avec les 3 tensions mise en jeu dns le cas d'un ménisque montant et descandant. Moi je ne placerai pas ylg vers le centre de courbure du ménisque mais tangent a l'arc de cercle vers le bas (pour un menisque montant). Cela est contraire a ce que disait LPFR précédemment.

    Ensuite autre question:
    Dans le cas d'un ménisque montant : les tensions de surface se décomposent elles comme la somme de deux force : la force d'absorption des molécules du verres sur l'eau et la force de tension de surface qui s'oppose a l'agrandissement de cette surface. Ou alors est ce que la force de tension superficielle n'inclut pas la force d'absorption???

  35. #29
    jeremsk

    Re : Tension de surface

    comme l'a très bien dit LPFR, les forces de tension de surface sont bien tangentielles: leur résultante, en revanche , est dirigée dans la concavité du fluide ( exemple du bracelet, de la bulle de savon, loi de Laplace... )

  36. #30
    jeremsk

    Re : Tension de surface

    j'ai quelques longueurs de retard zephir je m'excuse ( mon dernier message c'etait pour répondre à ta question " la tension de surface est elle tangentielle ou normale? : il n'y a pas d'ambiguité la dessus)

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