Fluide non-newtonien

10 octobre 2014

Bonjour, et bienvenue

sur ce site nous répondrons à notre problématique suivante:

"Comment quelques fluides interagissent-ils au contact de certaines matières et comment sont-ils modélisés dans la vie de tous les jours?".

Ce blog est principalement dédiée au ferrofluide.

Tout d'abord qu'est ce qu'un fluide ?

Un fluide comporte trois états de la matière : liquide,gaz,et solide parfois

Il est très difficile de trancher entre solides et fluides.

Le fluide se dit d'un corps dont les molécules ont peu d'adhésion et peuvent glisser librement les unes sur les autres (liquides) ou se déplacer indépendamment les unes des autres (gaz).

Nous esseyerons de répondre à notre problématique dans un plan structuré.

Sommaire

I - fluide non-newtonien et newtonien:

I - 1 : fluide non-newtonien

I - 2 : fluide newtonien

II - les différents ferrofluides

II - 1 : ferrofluide avec chlorure de fer et ammoniaque

II - 2 : ferrofluide avec toner noir

II - 3 : ferrofluide aqueux

III - Conclusion

IV - Nos sources

I - fluide non-newtonien et newtonien:

I - 1 : fluide non-newtonien

Cette première partie est dédiée au fluide non-newtoniens. Le meilleur exemple qui se rapproche de notre expérience est celui du sable mouillé en bord de mer : quand on frappe le sable, il a la fermetée d'un solide, alors que lorsqu'on appuie doucement sur le sable, il se comporte comme un liquide gluant. L'expérience qu'on a testé est un mélange d'eau et de Maïzena (fécule de maïs), dans lequel une main entre aisément à faible vitesse, mais ne peut rentrer à grande vitesse.

TPE maizena

Fluide non-newtonien sur des basses fréquence (en Hertz)

I - 2 : fluide newtonien

Fluide Newtonien

On appelle fluide newtonien (en hommage à Isaac Newton) un fluide dont la loi de contrainte(contrainte de cisaillement*) est linéaire.Le tout est proportionnel,ce qui est appelée viscosité.

L'équation décrivant le "comportement newtonien" en est :

T=µ*(du/dy)

T est la contrainte de cisaillement exercée par le fluide, exprimée en Pa ;

µ est la viscosité du fluide - une constante de proportionnalité caractéristique du matériau, en Pa·s ;

du/dy est la vitesse de cisaillement par rapport à la direction de cisaillement.

contrainte de cisaillement(T):

-Pour tout fluide réel possédant une viscosité, il existe des contraintes de cisaillement.

II - les différents ferrofluides

Les ferrofluides sont apparus dans la deuxième moitié du XX^e siècle. Ils n'existent pas à l'état naturel, il a donc fallu les synthétiser.Le ferrofluide comporte de nombreuses propriétés magnétiques et optique.

Les ferrofluides peuvent être utilisés dans de nombreux domaines :

-vérins hydrauliques afin de retirer un maximum de fluide, le ferrofluide étant attiré par un aimant ou un électroaimant.

-Impression des billets (Les ferrofluides limitent les contrefaçons en étant employés dans l'impression des billets de 1 $. Ces billets sont alors aisément attirés par un aimant!) voir video !

-Enceintes audio (amilioration du transfert thermique )

-Amortisseurs de voitures et Médecines ( détection de tuberculose, ou utilisation récente en cancérologie)

- D'aider dans le domaine de la médecine et de la cancérologie.

TPE expérience n°4

II - 1 : ferrofluide avec chlorure de fer et ammoniaque

Cette deuxième partie est déstinée au ferrofluide, nous avons expérimentés deux réalisations possibles pour la fabrication de ce fluide.

Défintion du ferrofluide de l'experience 1:

Un ferrofluide est un mélange de chlorure de fer et d'ammoniac. Dans ce liquide, le fer réagit en reprenant sa forme solide. De fines particules apparaissent. Elles mesurent 10 nanomètres ( 5 fois la taille d'un atome ).

Nous avons tester une expérience trouver sur internet en suivant les instruction.

D'abord avoir : - 1mol/L de chlorure de fer (III) dans de l'eau (Solution A)

- 2mol/L de chlorure de fer (II) dans 2mol/L d'acide chlorhydrique (Solution B)

- 0.7 mol/L ammoniaque (Solution C)

Ensuite mélanger 40 mL de Solution A, 10 mL de Solution B et 500 mL de solution C. L'équation stoechiometrique de cette solution est théoriquement :

Fe²⁺(aq) + 2 Fe³⁺(aq) + 8 NH₃(aq) + 4 H₂O → Fe₃O₄(s) + 8 NH₄⁺(aq)
Malheureusement, nous avons échoués car nous avons mal lu le protocole proposé par le site.

TPE ferrofluide

Voici ce qui l'aurais fallu faire en plus pour reussir le ferrofuilde:

Séparer la phase solide par centrifugation sans lavage, puis la mélanger avec de l'acide perchlorique HClO₄ à 2 mol/L pour solubiliser les hydroxydes.
Après centrifugation, on récupère la magnétite que l'on disperse dans l'eau distillée.
On obtient un liquide magnétique brun-noir attiré par les aimants et qui soumis à un champ magnétique épouse la forme des lignes de champs. Tester à l'aide d'un aimant au néodyme, à travers la parois d'un récipient.

Suite à cette erreur, nous avons expérimentée une autre méthode afin d'avoir un même rendu, un ferrofluide.

II - 2 : ferrofluide avec toner noir

Le toner ou encre en poudre est l'encre utilisée dans les appareils d'impression.

Mélanger 50 mL de toner noir (encre en poudre) de photocopieuse avec 4 cuillère à soupe d'huile végétale, jusqu'à obtenir un liquide homogène.
Le toner noir contient des particules très fines de carbone sensibles au champs magnétique. Le liquide noir obtenu réagit au champs magnétique d'un aimant néodyme, à travers la parois d'un récipient.
observation:

L'experience est une réussite,(mais la vidéo n'a pas voulu être mise en ligne sur internet). Mais néanmoins, la solution noir réagissait à faible distance de l'aimant (dès que l'aimant été éloigné de plus de 5cm la solution n'était plus attiré vers l'aimant).

II - 3 : ferrofluide aqueux

La synthèse:

Mettre 4,0 mL de FeCl3 de concentration molaire égale à 1 mol par litre dans une solution de FeCl2 de concentration 2 mol par litre dans un becher de 100mL.
A l’aide d’une burette introduire 50 mL d’ammoniac (NH3) à une mole par litre en 5 minutes... Un précipité marron, puis noir, se forme.

Ensuite il faut mettre un aimant sous le becher puis le renverser pour récuperer uniquement le ferrofluide et vider la phase aqueuse.

Et enfin rejouter 2 mL d'hydroxyde de tétraméthylammonium dans le ferrofluide.

Ceci est le tableaux d'avancement ou l'equation bilan de la réaction qu'il se produit.

III - Conclusion

Tableaux_des_réactions (cliquez dessus svp)

Tableaux démontrant les réactions des différents fluides testés sur certains milieux

Pour résumé ces 5 mois de TPE, nous avons pu découvrir l'utilité des fluides dans la vie du quotidien. Notre groupe a été compétent, nous nous sommes bien répartis les tâches du diaporama ou du blog. Mais nous partageons un avis, c'est que les restrictions au niveau du sujet sont trop contraignantes et ne nous ont pas permis d'avoir les sujets que nous voulions abordés.

Merci au professeur qui nous ont conseillés; Mme Muller, Mme Martin, et M Blancheton.

IV - Nos sources

Tangente n°116 Mai-Juin 2007 (p.33à40)

Science et vie junior n°240 p82 septembre 2009

http://fr.wikipedia.org/wiki/Ferrofluide )

http://wiki.scienceamusante.net/index.php?title=Ferrofluide )

https://www.youtube.com/watch?v=7dkcw0MO67Q

http://www.nikopik.com/2012/10/comment-fabriquer-du-ferrofluide.html

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fluide_newtonien

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fluide_(matière)#Fluide_non_newtonien_au_comportement_ind.C3.A9pendant_du_temps

https://www.youtube.com/watch?v=LkAJo2d0jqQ

https://cours.espci.fr/site.php?id=2&fileid=309