Condensation: croissance goutte à goutte et nucléation

Description

Cette séance de cours couvre les phénomènes de condensation goutte à goutte et de nucléation homogène, expliquant la croissance anormale t (1/3) des gouttes individuelles et les événements de fusion conduisant à une croissance t 1. Il explore l'énergie de surface, le potentiel chimique et l'évolution du rayon de chute au fil du temps, ainsi que les facteurs influençant la croissance des gouttes sur une tranche de silicium. L'instructeur présente des résultats expérimentaux confirmant les modèles de croissance des gouttes individuelles et le maintien de la couverture de surface pendant la condensation.

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Densité surfacique d'énergie

La densité surfacique d'énergie ou énergie surfacique, voire densité énergétique (quand le contexte surfacique est clair), est la quantité d’énergie par une unité de surface. Dans le Système international elle se mesure en J/m (joules par mètre carré). Dans un contexte industriel on l'exprime souvent en kWh/m (kilowatts-heures par mètre carré). Cette grandeur physique est principalement utilisée dans l'étude physique des interfaces entre liquides non miscibles, ou entre liquide et gaz, où elle caractérise l'énergie nécessaire à former une interface d'une certaine surface.

Tension superficielle

vignette|et aux gerridés de se déplacer à la surface d'une mare. La tension superficielle est un phénomène physico-chimique lié aux interactions moléculaires d'un fluide. Elle résulte de l'augmentation de l'énergie à l'interface entre deux fluides. Le système tend vers un équilibre qui correspond à la configuration de plus basse énergie, il modifie donc sa géométrie pour diminuer l'aire de cette interface. La force qui maintient le système dans cette configuration est la tension superficielle.

Science des surfaces

La science des surfaces est une section de la science des matériaux consacrée à l'étude des phénomènes physiques et chimiques qui se produisent à l' entre deux phases ou entre une phase et le vide. Les propriétés de la matière en surface sont en effet distinctes de celles du cœur des matériaux (bulk). Par exemple, la coordinence des atomes en surface est inférieure à celle des atomes du reste du matériau ce qui induit une réactivité particulière de ces derniers.

Potentiel chimique

En thermodynamique, le potentiel chimique d'une espèce chimique correspond à la variation d'énergie d'un système thermodynamique due à la variation de la quantité (nombre de moles) de cette espèce dans ce système. Étroitement lié au deuxième principe de la thermodynamique, le potentiel chimique permet d'étudier la stabilité des espèces chimiques et leur tendance à changer d'état, à réagir chimiquement ou à migrer par diffusion. La fugacité et l'activité chimique, définies à partir du potentiel chimique, sont plus faciles à manipuler que celui-ci.

Énergie chimique

L'énergie chimique est le potentiel pour une substance chimique à subir une réaction chimique pour se transformer en d'autres substances. Les piles, les aliments et les combustibles fossiles sont des exemples de supports de stockage de l'énergie chimique. La rupture ou la création de liaisons chimiques implique de l'énergie, qui peut être absorbée ou dégagée par un système chimique (sous forme de chaleur ou d'énergie électrique par exemple).