QCM14 A l’état normal, l’organisme humain a tendance à : s’alcaliniser

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1 QCM14 A l’état normal, l’organisme humain a tendance à : s’alcaliniser
s’acidifier à s’enrichir en ions H+ à s’appauvrir en ions H+ à s’enrichir en bicarbonates Phénomènes de surface

2 QCM15 Chez un sujet normal, la concentration totale en CO2 vaut 1,2 mmol.L-1. Pour un sujet présentant une insuffisance respiratoire avec PCO2 =60 mmHg et [HCO3-] =27 mmol.L-1, le pH vaut 7,28. Ce sujet présente une alcalose Le pH intracellulaire est plus bas que le pH extracellulaire La pente de la DNE indique le pouvoir tampon du sang Phénomènes de surface

3 QCM16 Le tampon carbonique permet de lutter contre l’acidose métabolique due à un excès d’ions H+. Quelle est la réaction qui neutralise ces ions ? CO3H- + H+ = CO2 + H2O CO3H2 = CO3H- + H+ CO3- + H+ + H+ = CO3- + H2 CO3- - H+ + H+ = CO3- + H2 CO3- + H+ + H+ = CO3- - H2 Phénomènes de surface

4 Les Phénomènes de surface
CHAP. 6 Les Phénomènes de surface Phénomènes de surface

5 Tension superficielle des liquides
1 Tension superficielle des liquides Phénomènes de surface

6 Forces intermoléculaires
Energie de surface δW= σ δS ( σ > 0 ) Force d’interaction moléculaire Phénomènes de surface

7 C’est le travail à fournir pour vaincre les forces de cohésion
Energie de cohésion C’est le travail à fournir pour vaincre les forces de cohésion Phénomènes de surface

8 Exemple 1 Quel travail faut-il fournir ?
Pour casser un bâton de craie de section S en deux morceaux, σcr étant la tension superficielle de la craie Pour pulvériser une goutte d’eau de surface S en n gouttelettes de surface s. On donne σE de l’eau. Phénomènes de surface

9 Exemple 1 Deux surfaces S sont nouvellement crées Wc = 2 σcr. S
Surface initiale = Si = S Surface finale = Sf = n.s Wc = σE(Sf - Si) Phénomènes de surface

10 Energie d’adhésion C’est le travail à fournir pour séparer deux phases ( liquide-solide par exemple) de surface S Wa = (σL+ σS – σL/S) S σL= Cte tension superficielle du liquide σS= Cte tension superficielle du solide σL/S = Cte tension superficielle du mélange liquide-solide Phénomènes de surface

11 Exemple 2 Pour le chloroforme, l’énergie interfaciale liquide-air est de 26,9 mN/m. L’énergie interfaciale liquide-eau est de 32,3 mN/m. La tension superficielle de l’eau est, à la même température, 72,8 mN/m. Quelle est l’énergie d’adhésion par unité de surface chloroforme-eau? Une goutte de chloroforme s’étale-t-elle à la surface de l’eau? Phénomènes de surface

12 Exemple 2 Phénomènes de surface

13 La tension superficielle
dS= l dx l F dx Phénomènes de surface

14 Formule de la tension superficielle
Phénomènes de surface

15 Constante de tension superficielle
σ = Cte ou coefficient de tension superficielle. Elle dépend de : la nature du liquide la température (σ↓ quand T↑) De la nature du gaz ou du solide en contact avec le liquide [σ]SI= J.m-2 ou N.m-1 ; [σ]CGS = erg.cm-2 ; Dyne.cm-1. Phénomènes de surface

16 2 Loi de laplace Phénomènes de surface

17 Pression d’une surface courbe
Exemple : bulle d’air Liquide Air Pliq R Pair ΔP = Pair - Pliq Phénomènes de surface

18 Loi de Laplace : membrane sphérique
Phénomènes de surface

19 Exemple 3 Soit une bulle de savon de rayon externe Re et de rayon interne Ri. Calculer la différence de pression ΔP entre l’intérieur de la bulle et l’air. Phénomènes de surface

20 Exemple 3 Pe Re Pi Ri P Phénomènes de surface

21 QCM1 La tension superficielle ne dépend pas de la nature de l’interface sur laquelle elle s’exerce La tension superficielle s’exprime en N.m dans le système SI La tension superficielle ne dépend pas de la température Les forces de tension superficielle tendent à réduire la surface libre d’un liquide en contact avec l’air La tension superficielle explique le phénomène des bulles de savon Phénomènes de surface

22 QCM2 La tension superficielle d’une bulle de savon de 3 cm de rayon pour une différence de pression entre les 2 faces égale à 3 Pa est : 2, N.m-1 4, Pa.s.m-3 4, N.m-1 4, N.m2 N.m-1 Phénomènes de surface

23 QCM3 La tension superficielle ne dépend pas de la viscosité
La tension superficielle ne dépend pas de la capillarité La tension superficielle ne dépend pas de la nature de l’interface La tension superficielle ne dépend pas de la forme de l’interface La tension superficielle ne dépend pas de la longueur de l’interface Phénomènes de surface

24 QCM4 Selon la loi de Laplace, la tension superficielle d’une artère :
Est proportionnelle au rayon de l’artère Dépend de la longueur de l’artère Dépend de la viscosité sanguine Dépend du débit de l’artère Dépend de la tension artérielle Phénomènes de surface

25 Loi de Laplace : membrane avec courbure
Surface avec 2 rayons de courbure R1 et R2 suivant 2 directions orthogonales Phénomènes de surface

26 Loi de Laplace : Membrane cylindrique
R1=R; R2 = ∞ Phénomènes de surface

27 3 Mouillabilité Phénomènes de surface

28 Liquide en contact d’un solide
dfliq Air dRN Liquide dfliq/solide dfsolide Θ I Solide dP Phénomènes de surface

29 Angle de mouillage Phénomènes de surface

30 Mouillabilité parfaite
0 ≤ θ ≤ π/2 θ  fsolide prépondérante eau Plaque de verre Plaque de verre Θ < π/2 Θ ≈ 0° Mauvais étalement Mouillabilité parfaite Phénomènes de surface

31 Mouillabilité imparfaite
π/2 ≤ θ ≤ π  fsolide/liq prépondérant mercure θ Θ ≈ π Θ > π/2 Pas d’étalement Mouillabilité nulle Phénomènes de surface

32 QCM5 La loi de Laplace s’écrit ΔP=σ(1/R2 -1/R1), R1 et R2 sont les rayons de courbures principaux de la surface Pour une sphère, la loi de Laplace s’écrit ΔP=σ(1/R), R est le rayon de la sphère Pour une sphère, la loi de Laplace s’écrit ΔP=2σ(1/R), R est le rayon de la sphère Pour une surface plane, la loi de Laplace s’écrit ΔP=∞ Pour un cylindre, la loi de Laplace s’écrit ΔP=2σ(1/R), R est le rayon du cylindre Phénomènes de surface

33 QCM6 Déposé sur une plaque de verre, le mercure a tendance à s’étaler
Dans une goutte d’eau sur une plaque de verre, la TS résultante est dirigée vers le liquide L’angle de raccordement d’une interface verre-mercure dans l’air est aigu Le mercure est un liquide mouillant L’étalement est parfait si l’énergie de cohésion compense l’énergie d’adhésion Phénomènes de surface

34 QCM7 Le sang, de viscosité égale à Poiseuille, circule entre les points 1 et 2, dans une artère horizontale de rayon égal à 1mm. La pression artérielle en 1 est P1 = 100 mmHg, Ts est la tension superficielle. P1 = Pa P1 = Pa Ts = 13,3 Pa.m Ts = 6,65 Pa.m Ts = 13,3 N/m Phénomènes de surface

35 QCM8 Δ P=Ts(1/R1 +1/R2) Δ P=2Ts(1/R1 +1/R2) Δ P=Ts(1/R2 -1/R1)
Entre les points 1 et 2 apparaît une bulle sphérique d’azote de rayon extérieur R1 =4 mm et de rayon intérieur R2 = 1mm. Δ P=Ts(1/R1 +1/R2) Δ P=2Ts(1/R1 +1/R2) Δ P=Ts(1/R2 -1/R1) Δ P= Pa Δ P=33,3.103 Pa Phénomènes de surface

36 4 Ascension capillaire- Loi de Jurin
Phénomènes de surface

37 La capillarité θ θ σ Ascension 0 ≤ θ ≤π/2 h h Eau Mercure Abaissement
π/2 ≤ θ ≤π h h θ θ σ Eau Mercure Phénomènes de surface

38 Loi de Jurin r θ A R h B θ D σ C Phénomènes de surface

39 Exemple 4 Quelle sera la hauteur atteinte dans un tube capillaire de diamètre intérieur égal à 0,2 mm s’il est plongé verticalement dans du mercure propre et non mouillant ? σ(Hg) = 420 mJ.m-2 ; d (Hg)= 13,6 Phénomènes de surface

40 Exemple 4 Phénomènes de surface

41 L’embolie capillaire …
Soit un plongeur se trouvant à une certaine profondeur : ΔP= ρgh = 1 atm /10m de profondeur. A 40 m : la pression du gaz pulmonaire=5 atm  5 fois plus d’azote dissous dans le sang : vi = sPi V= 0,023 .0, ,5 S’il remonte brutalement à la surface : vf = s.Pi’V =0,023. 0,8.1.4,5 Phénomènes de surface

42 L’embolie capillaire …
Δv = vi - vf = 0,023. 4,5 . 0,8 (5 – 1) = 0,023. 4,5 . 0,8. 4 = 0,33 L = 330 cm3 d’azote à l’état gazeux en formant des bulles dans les capillaires sanguins. Phénomènes de surface

43 L’embolie capillaire …
Pa Pa Flux sanguin Flux sanguin Phénomènes de surface

44 QCM9 La loi de Jurin fait intervenir la masse volumique du liquide
La loi de Jurin permet de calculer l’abaissement de l’eau dans un tube capillaire L’élévation de l’eau dans un tube capillaire est proportionnelle à la tension superficielle L’abaissement de l’eau dans un tube capillaire est proportionnel au rayon du tube L’abaissement de l’eau dans un tube capillaire est inversement proportionnel au rayon du tube Phénomènes de surface

45 QCM10 Concernant la loi de Jurin
Le liquide est soumis à 2 forces : le poids et la force en rapport avec la tension superficielle Pour un liquide mouillant la hauteur h correspond à une élévation de liquide Elle s’applique aux tubes capillaires L’angle de raccordement est égal à 90° La hauteur h, correspondant à la variation de hauteur de liquide dans le capillaire, dépend de la pression atmosphérique Phénomènes de surface

46 QCM11 La loi de Jurin ne s’applique qu’aux liquides mouillants
La loi de Jurin permet de calculer l’abaissement de l’eau dans un tube capillaire L’élévation de l’eau dans un tube capillaire est proportionnelle à la tension superficielle L’abaissement de l’eau dans un tube capillaire est proportionnel au rayon du tube L’élévation de l’eau dans un tube capillaire est proportionnelle au diamètre du tube Phénomènes de surface

47 QCM12 Concernant le surfactant pulmonaire :
A. La surpression régnant dans une alvéole est 4σ/ r. B. Le surfactant pulmonaire est nécessaire au maintien de l’étendue de l’interface air/capillaire. C. Le surfactant est très soluble dans l’eau, donc il diminue la tension superficielle dans l’alvéole. D. Lors de l’inspiration, la surface de l’alvéole tend à augmenter, ce qui entraîne la dilution du surfactant, ce qui a tendance à faire augmenter la tension superficielle. E. S’il n’y avait pas de surfactant les petites alvéoles possèderaient une surpression supérieure à celle des grandes et auraient donc tendance à augmenter de taille. Phénomènes de surface

48 QCM13 Les solutés diminuant la tension superficielle sont des solutés de faible affinité avec le solvant. Le surfactant pulmonaire est un soluté tensioactif qui diminue la surpression dans l’alvéole. Les solutés tensioactifs qui diminuent la tension superficielle sont en général des molécules bipolaires. Une goutte d’eau dans l’air a une surpression d’autant plus grande que son rayon est grand. La fusion de deux gouttes d’eau nécessite un apport d’énergie. Phénomènes de surface

49 QCM14 On utilise un compte-gouttes avec deux solutions A et B A. Si A et B ont la même affinité pour le compte-gouttes et que σA>σB (σ=tension gaz/liquide), un volume V de la solution A donnera plus de gouttes que le même volume de B. B. Si σA=σB et que la solution B est plus affine pour le compte-gouttes que la solution A, un volume V de la solution A donnera plus de gouttes que le même volume de B. C.Si on augmente la température, il se formera plus de gouttes. D. Le volume de chaque goutte dépend, entre autres, des affinités gaz/liquide ; gaz/solide ; solide/liquide. E. Plus l’affinité avec le solide sera grande, plus le volume d’une goutte sera important. Phénomènes de surface

50 QCM15 Les embolies ont plus de répercutions dans les capillaires que dans les gros vaisseaux. Les bulles s’accrochant contre la parois vasculaire, la pression en aval de la bulle peut devenir nulle et donc entraîner un arrêt de la circulation. Les embolies gazeuses sont le plus souvent provoquées par l’action de bulles disposées les unes à la suite des autres. Lorsqu’une bulle est présente dans un vaisseau, si l’interface air/sang en amont est très aplatie, cela signifie que la différence de pression entre l’amont et l’aval de la bulle est très élevée. Plus une bulle est accrochée à la paroi vasculaire plus le rayon de la bulle en amont se rapproche de 0. Phénomènes de surface

51 VISCOSITE DES LIQUIDES ET DES SOLUTIONS & HEMO-RHEOLOGIE
CHAP. 7 VISCOSITE DES LIQUIDES ET DES SOLUTIONS & HEMO-RHEOLOGIE Viscosité & Hémo-rhéologie

52 VISCOSITE ET CISAILLEMENT
1 VISCOSITE ET CISAILLEMENT Viscosité & Hémo-rhéologie

53 Viscosité  Résistance électrique
Notion de viscosité Repos Déplacement R RH Viscosité  Résistance électrique

54 F=Force de cisaillement
v dz v - dv F v - 2 dv

55 Coefficient de viscosité

56 Unités de viscosité

57 VISCOSITE DES SOLUTIONS
2 VISCOSITE DES SOLUTIONS

58 Fluides newtoniens Viscosité Non newtonien Newtonien
Taux de cisaillement

59 Viscosité de liquides purs
T = 20 °C Eau Pa.s Ethanol 1, Pa.s Benzène 0, Pa.s

60 Solutions micromoléculaires
= 0 AM  = viscosité de la solution  0 = viscosité du solvant pur A = une constante variable avec la nature du soluté M = molarité

61 Solutions macromoléculaires…
 = 0 (1 + k Φ ) Φ: volume relatif occupé par les macromolécules dans la solution (le complément étant le volume occupé par le solvant) k : coefficient qui dépend de la forme des macromolécules et notamment de leur allongement

62 Solutions macromoléculaires
b a k=2,5 si a/b=1 k=14 si a/b=10 k=600 si a/b=100

63 LES DEUX REGIMES D’ECOULEMENT DES LIQUIDES VISQUEUX
3 LES DEUX REGIMES D’ECOULEMENT DES LIQUIDES VISQUEUX

64 Nombre de Reynolds

65 Paramétres du nombre de Reynolds
 = Masse volumique fluide = Viscosité D = Diamètre du conduit U = Vitesse d’écoulement

66 Reynolds est adimensionnel
Re = [kg.m-3] . [m.s-1] m [kg.m-1.s-1]

67 Régime laminaire (Ecoulement lent)
Régimes d’écoulement Régime laminaire (Ecoulement lent) Régime turbulent (Ecoulement rapide)

68 Régimes d’écoulement Laminaire (Silencieux) Turbulent ( Bruyant)

69 Influence du Reynolds sur le régime d’écoulement
 Pour les faibles nombres de Reynolds, le régime d’écoulement des fluides est laminaire  Pour les grands nombres, le régime est turbulent.

70 Influence du Reynolds sur le régime d’écoulement(2)
 Re < 2400 (environ)  Ecoulement toujours laminaire Re > (environ)  Ecoulement toujours turbulent

71 Influence du Reynolds sur le régime d’écoulement(3)
Pour les valeurs intermédiaires, l’écoulement est instable, et dépend beaucoup des conditions expérimentales Le passage laminaireturbulent passe par un régime transitoire

72 4 LOI DE POISEUILLE

73 Force de frottement Fp V FV L r Frottement Pression

74 Profil de vitesse du fluide

75 Profil des vitesses Vmax 2R

76 Loi de Poiseuille

77 Résistance et Puissance mécanique