Leçons de niveau 18

Thermodynamique des surfaces/Couche limite liquide

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Couche limite liquide
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Chapitre no 7
Leçon : Thermodynamique des surfaces
Chap. préc. :Mouillage
Chap. suiv. :Sommaire

Exercices :

Couche limite
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Thermodynamique des surfaces/Couche limite liquide
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La thermodynamique des couches limites liquides intervient quand on veut étudier la fusion de surface ou la condensation dans des pores.

Fusion de surface[modifier | modifier le wikicode]

Fusion de surface.pdf

On considère un solide en équilibre avec sa vapeur. Si on augmente la température, il va se produire une fusion à la surface qui correspond à un mouillage total de la surface. Il se forme donc une couche limite liquide.

On est alors en présence de deux interfaces: interface solide-liquide et interface liquide-vapeur.

Comme il s'agit d'une fine couche liquide, on est dans le cadre de la thermodynamique des petits systèmes où il faut prendre en compte de formes supplémentaires d'énergie par rapport à la thermodynamique classique. Comme les 2 interfaces sont très proches, on aura une énergie d'interaction entre les 2 interfaces qui va dépendre de l'épaisseur ε du liquide. Cette énergie est proportionnelle à exp(-ε/ξ) où ξ est une longueur ( puisque ε/ξ doit être sans dimension car c’est l'argument d'une exponentielle ). ξ est appelée « longueur caractéristique de l'interaction ».

Si l’on considère une substance pure A à température et à pression constantes, l'enthalpie libre G du système constitué par les 3 phases (s,L,v) et les 2 interfaces (sL et Lv) est:



comme ε est petit, on a fait l'hypothèse que les surfaces sont telles que : ΣsL ~ ΣLv = Σ
γ sont les tensions superficielles des interfaces
μ les potentiels chimiques des phases et n les nombres des mole dans les phases.


remarque 1

Si l' épaisseur de la couche ε → 0 ( i.e. nL → 0 ) , alors exp(-ε/ξ) → 1 et

ce qui correspond bien à l'enthalpie libre G du système avant la fusion de surface.

remarque 2

Si l' épaisseur de la couche ε → ∞ , alors exp(-ε/ξ) → 0 ou bien en fait quand ε devient grand , alors exp(-ε/ξ) devient très petit et alors:

on retrouve G pour la thermodynamique des grands systèmes.

cas où la tension de vapeur est faible

Si la tension de vapeur est faible, alors nv est petit et devient négligeable; alors:


Condensation dans des petits pores[modifier | modifier le wikicode]

Fig Condensation pore solide.pdf

La condensation d'une vapeur dans un cylindre fin est un problème analogue car on forme un couche limite liquide dans le pore.

Exercices[modifier | modifier le wikicode]

Image logo représentative de la faculté Voir les exercices sur : Couche limite.