Etat liquide - phénomènes de surface

Résumé du document

Certains insectes sont capables de se déplacer à la surface de l'eau sans couler. De même, une aiguille légèrement enduite de graisse et déposée délicatement à la surface de l'eau ne coule pas. Tout se passe donc comme si la surface du liquide se comportait comme une membrane mince tendue.
Les propriétés de surface des liquides peuvent être fortement modifiées par l'ajout en quantité infime d'autres molécules "contaminantes". On distingue parmi ces molécules les molécules hydrophobes qui resteront par exemple à la surface de l'eau, et les hydrophiles qui se solubilisent dans l'eau. Certaines autres molécules sont dites amphipathiques: elles possèdent deux parties, une hydrophobe, l'autre hydrophile. Les molécules constituant un savon sont amphipathiques.
Ces propriétés sont très importantes dans les milieux biologiques. Il existe en effet de nombreuses interfaces dans les cellules: membrane/milieu extérieur, membrane/milieu intérieur, interfaces dans la cellule au niveau des différents organites… Cependant les milieux biologiques sont très complexes, et l'étude des phénomènes de surface est dans ce cas très compliquée. Un cas simple à traiter est la surface libre d'un liquide au contact de l'air.

Extraits

[...] État liquide phénomènes de surface Certains insectes sont capables de se déplacer à la surface de l'eau sans couler. De même une aiguille légèrement enduite de graisse et déposée délicatement à la surface de l'eau ne coule pas. Tout se passe donc comme si la surface du liquide se comportait comme une membrane mince tendue. Les propriétés de surface des liquides peuvent être fortement modifiées par l'ajout en quantité infime d'autres molécules "contaminantes". On distingue parmi ces molécules les molécules hydrophobes qui resteront par exemple à la surface de l'eau, et les hydrophiles qui se solubilisent dans l'eau. [...]

[...] cela implique qu'une force F s'oppose à W1 + W2. L'équilibre se maintient quelle que soit la surface du film: F ne dépend donc pas de l'extension du film, ni de son épaisseur (l'extension du film se fait aux dépends de l'épaisseur car les molécules à l'intérieur du film passent en surface pour permettre l'extension (Figure Figure 1 Figure 2 La force F est la force de tension de surface. Elle s'exerce ici sur la longueur L=2l car le film a deux faces. [...]

[...] La bulle ayant donc deux faces, on a donc: . La loi de Laplace permet également d'expliquer les phénomènes d'inspiration et expiration au niveau des poumons. Les alvéoles pulmonaires se dilatent et se contractent en moyenne 15000 fois /jour. Si on applique la loi de Laplace à une alvéole de rayon on a où pint et pext sont les pressions respectivement dans l'alvéole et dans la cavité pleurale entourant le poumon. A l'expiration, pext et r diminuent sous l'effet de la contraction musculaire. [...]

[...] Cette calotte est soumise à plusieurs forces: -les forces de tension de surface qui agissent sur tout le périmètre. Les composantes horizontales de ces forces s'annulent, et il ne reste qu'une composante selon la verticale et dirigée vers le bas telle que . -les forces dues à la pression extérieure qui s'exercent sur toute la calotte. Localement sur une surface dS, la force est normale à cette surface. Comme précédemment, les composantes horizontales de ces forces se compensent, et la résultante est selon la verticale dans le même sens que . [...]

[...] Elle vaut f.cosθ avec f=γ.dl (dl est un petit élément de longueur du contour). La totalité du périmètre du tube valant 2ΠR, la force résultante Fvaut donc: F = 2ΠR γcosθ. Cette force s'oppose au poids de la colonne de liquide qui s'est élevée au dessus du niveau de référence. Ce poids vaut P = mg = ΠR2hrg. On en déduit donc la hauteur d'ascension dans le tube: . Si θ 0 et il y a ascension. [...]