efecto Marangoni
El efecto Marangoni (también llamado efecto Gibbs-Marangoni ) es la transferencia de masa a lo largo de una interfaz entre dos fluidos debido a un gradiente de tensión superficial . En el caso de la dependencia de la temperatura, este fenómeno puede denominarse convección termo-capilar [1] (o convección Bénard-Marangoni ). [2]
Este fenómeno fue identificado por primera vez en las llamadas " lágrimas de vino " por el físico James Thomson ( hermano de Lord Kelvin ) en 1855. [3] El efecto general lleva el nombre del físico italiano Carlo Marangoni , quien lo estudió para su tesis doctoral. en la Universidad de Pavía y publicó sus resultados en 1865. [4] J. Willard Gibbs dio un tratamiento teórico completo del tema en su obra Sobre el equilibrio de las sustancias heterogéneas (1875-8). [5]
Dado que un líquido con una tensión superficial alta tira con más fuerza del líquido circundante que uno con una tensión superficial baja, la presencia de un gradiente en la tensión superficial provocará naturalmente que el líquido se aleje de las regiones de tensión superficial baja. El gradiente de tensión superficial puede ser causado por un gradiente de concentración o por un gradiente de temperatura (la tensión superficial es una función de la temperatura).
En casos simples, la velocidad del flujo , donde es la diferencia de tensión superficial y es la viscosidad del líquido. El agua tiene una tensión superficial de alrededor de 0,07 N/m y una viscosidad de aproximadamente 10 −3 Pa·s, a temperatura ambiente. Entonces, incluso variaciones de un pequeño porcentaje en la tensión superficial del agua pueden generar flujos Marangoni de casi 1 m/s. Por lo tanto, los flujos de Marangoni son comunes y fáciles de observar.
Para el caso de una pequeña gota de surfactante que cae sobre la superficie del agua, Roché y colaboradores [6] realizaron experimentos cuantitativos y desarrollaron un modelo simple que coincidía aproximadamente con los experimentos. Esto describió la expansión en el radio de un parche de la superficie cubierta con surfactante, debido a un flujo de Marangoni hacia afuera a una velocidad de . Descubrieron que la velocidad de expansión del parche cubierto de surfactante de la superficie del agua se produjo a una velocidad de aproximadamente
para la tensión superficial del agua, la tensión superficial (más baja) de la superficie del agua cubierta de surfactante, la viscosidad del agua y la densidad de masa del agua. Para N/m, es decir, del orden de decenas de porcentaje de reducción en la tensión superficial del agua, y en cuanto al agua N m −6 s 3 , obtenemos la segunda igualdad anterior. Esto da velocidades que disminuyen a medida que crece la región cubierta por surfactante, pero son del orden de cms/sa mm/s.
