La tension de surface

La tension de surface

La tension de surface est la propriété d'un liquide qui lui permet d'obtenir la plus petite superficie possible.

Pysique

Mots clés

tension superficielle, capillarité, capillaire, cohésion, adhésion, mouiller, mercure, Goutte d'eau, araignée d’eau, ménisque, liquide, particule, surface de l'eau, molécule d'eau, insecte, densité, physique, sphère

Extras similaires

Scènes

Force cohésive

  • gouttelette d'eau - Une goutte d'eau sans contact avec une substance solide possède une forme sphérique car c'est la forme possédant le plus petit rapport superficie/volume.

La tension de surface se produit parce que les molécules d'un liquide s'attirent entre elles. La force d'attraction entre des molécules similaires s'appelle la force cohésive. Les forces cohésives à l'intérieur du liquide s'annulent, donc les molécules intérieures ont un faible état énergétique. Cependant, les molécules de la limite du liquide ont un état énergétique élevé, car les forces cohésives ne s'annulent pas à la surface du liquide. Par conséquent, selon le principe d'énergie minimale, les molécules de la limite sont constamment poussées vers l'intérieur du liquide. Par conséquent, il essaie d'obtenir la plus petite superficie possible. C'est pourquoi une goutte d'eau en chute libre prend la forme d'une sphère.

Le phénomène de tension de surface devient plus complexe quand des molécules d'une surface solide interagissent avec le liquide. La force attractive entre les molécules d'une surface solide et d'un liquide s'appelle la force adhésive.

L'humidification est une capacité caractéristique d'une paire de liquide/solide qui dépend de l'amplitude de la force adhésive et de la force cohésive entre les molécules d'un liquide. Si la force est assez puissante, le liquide s'étend sur la surface du solide. En d'autres termes, il peut l'humidifier. Cependant, si la force adhésive est faible, le liquide en contact avec la surface solide peut réduire sa propre superficie et aucune humidification ne se produit. Le mercure par exemple, est un liquide non humidificateur.

La capacité d'humidification des liquides détermine comment ils se comportent dans des capillaires. La loi des vases communicants ne s'applique pas aux liquides présents dans des capillaires, ce qui veut dire que le liquide n'est pas au même niveau dans ces tubes; par contre, une action capillaire peut être observée. Un capillaire contenant de l'eau démontre une élévation capillaire, alors qu'un capillaire contenant du mercure démontre une chute capillaire.

L'élévation capillaire se produit quand le liquide humidifie la paroi du tube, c'est à dire quand les forces adhésives entre le tube et le liquide sont plus puissantes que les forces cohésives entre les molécules d'eau. Si c'est l'inverse, la chute capillaire se produit.

La tension de surface et l'action capillaire jouent un rôle important dans la nature. Par exemple, les araignées d'eau ne pourraient pas se déplacer à la surface de l'eau sans la présence de la tension de surface. Les pattes de ces insectes aquatiques sont couvertes de petits poils qui fournissent une petite superficie, ce qui les rend non mouillables. A cause de la tension de surface, la surface de l'eau sert de membrane qui peut soutenir le poids des araignées d'eau, et de petites dépressions se forment sur l'eau sous leurs pattes. Elles peuvent s'élancer depuis ces dépressions et atteindre une vitesse allant jusqu'à 90 cm/s.

L'action capillaire se produit aussi dans le système de transport des plantes. Ce phénomène est requis pour les vaisseaux du xylème des plantes afin qu'il puisse transporter de l'eau des racines vers les parties supérieures.

Force adhésive

  • gouttelette d'eau
  • verre

Arrosage

  • gouttelette d'eau
  • gouttelette de mercure
  • verre

Action capillaire

  • eau - L'eau humidifie la surface du verre, l'eau du verre s'élève donc dans le capillaire en verre de manière opposée à la gravité.
  • mercure - Le mercure ne mouille pas la surface du verre, le niveau du mercure liquide dans le capillaire sera donc inférieur à celui dans le verre.
  • capillaire de verre

Animation

  • gouttelette d'eau - Une goutte d'eau sans contact avec une substance solide possède une forme sphérique car c'est la forme possédant le plus petit rapport superficie/volume.
  • gouttelette d'eau
  • molécule d'eau de la limite - Les particules voisines attirent ces molécules seulement depuis l'intérieur du liquide. La tension de surface est produite par la tendance de ces molécules à se déplacer vers le centre de la goutte.
  • molécule d'eau intérieure - Les particules voisines attirent ces molécules depuis toutes les directions.
  • gouttelette d'eau
  • verre
  • gouttelette d'eau
  • gouttelette de mercure
  • ˂90°
  • ˃90°
  • angle de contact - Est mesuré là où une surface solide rencontre une interface liquide/gaz. Cela montre le degré auquel un liquide peut mouiller une surface solide. Si l'angle de contact est inférieur à 90°, le liquide humidifie la surface solide mais l'humidification ne se produit pas si l'angle est supérieur à 90°.
  • verre
  • eau - L'eau humidifie la surface du verre, l'eau du verre s'élève donc dans le capillaire en verre de manière opposée à la gravité.
  • mercure - Le mercure ne mouille pas la surface du verre, le niveau du mercure liquide dans le capillaire sera donc inférieur à celui dans le verre.
  • capillaire de verre
  • eau - L'eau humidifie la surface du verre, l'eau du verre s'élève donc dans le capillaire en verre de manière opposée à la gravité.
  • mercure - Le mercure ne mouille pas la surface du verre, le niveau du mercure liquide dans le capillaire sera donc inférieur à celui dans le verre.
  • ménisque concave
  • ménisque convexe
  • Araignée d'eau - Se retrouve à la surface des corps d'eaux stagnantes comme les mares, les lacs et les cours d'eau lents. Le régime alimentaire de cet agile animal comporte des insectes qui tombent à la surface de l'eau.
  • poil - La zone où les poils des pattes de l'araignée d'eau entre en contact avec la surface de l'eau est très petite, ce qui fait diminuer la force adhésive entre les pattes et la surface de l'eau. L'humidification de la patte de l'araignée d'eau est évitée grâce à la faible force adhésive.

Araignée d'eau

  • Araignée d'eau - Se retrouve à la surface des corps d'eaux stagnantes comme les mares, les lacs et les cours d'eau lents. Le régime alimentaire de cet agile animal comporte des insectes qui tombent à la surface de l'eau.

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