En mecánica de fluidos , el término efecto Marangoni (el nombre del físico italiano Carlo Marangoni (en) ) transporta fenómenos de material a lo largo de una interfaz en respuesta a un gradiente de tensión superficial . Este efecto por sí solo es responsable del fenómeno de las lágrimas de vino , contrariamente a la creencia popular que equipara estas "piernas" (o lágrimas) con un alto contenido de glicerol .
Este fenómeno fue estudiado por primera vez en lágrimas de vino por el físico James Thomson , hermano de Lord Kelvin , en 1855. El efecto más general lleva el nombre del físico italiano Carlo Marangoni, quien lo estudió durante su tesis en la Universidad de Pavía y publicó sus resultados en 1865. Willard Gibbs dio un tratamiento teórico completo en 1878 en su trabajo titulado Equilibrium of Heterogeneous Substances .
Dado que un líquido con una alta tensión superficial jala el líquido a su alrededor con más fuerza que un líquido de baja tensión, la presencia de un gradiente de tensión superficial obliga naturalmente al líquido a fluir desde las regiones de baja tensión a las regiones de alta tensión superficial. Este gradiente puede ser causado por un gradiente de concentración o por un gradiente de temperatura (la tensión superficial depende de la temperatura).
Por ejemplo, el vino puede mostrar un efecto visible llamado lágrimas de vino como se muestra en la fotografía. Este efecto se debe al hecho de que el alcohol tiene una tensión superficial más baja que el agua. Si el alcohol se mezcla con agua de manera no homogénea, una región con una baja concentración de alcohol (por lo tanto, una tensión superficial más alta) tirará del líquido con más fuerza que una región donde el alcohol está más concentrado, tanto que el líquido tenderá fluir hacia las regiones de baja concentración de alcohol. Esto también se puede evidenciar vertiendo una película de agua sobre una superficie lisa antes de colocar una gota de alcohol en el centro de la película; el líquido entonces "huirá" de la región donde cayó la gota de alcohol.
El número de Marangoni , una cantidad adimensional, se puede utilizar para caracterizar los efectos relativos de la tensión superficial y las fuerzas viscosas.
Un tratamiento matemático en profundidad de este efecto desde el punto de vista de las ecuaciones y la termodinámica de Navier-Stokes se puede encontrar en el trabajo de Subrahmanyan Chandrasekhar : Estabilidad hidrodinámica e hidromagnética , publicado en 1961.
En condiciones normales, los efectos de convección debidos a la gravedad en un sistema con un gradiente de temperatura a lo largo de una interfaz fluido-fluido son generalmente mucho mayores que el efecto Marangoni. Se han realizado numerosos experimentos ( ESA MASER 1-3) en condiciones de microgravedad para observar el efecto Marangoni sin la influencia de la gravedad.
La influencia del efecto Marangoni sobre la transferencia de calor en presencia de burbujas de gas en la superficie de calentamiento (por ejemplo, en la nucleación (ebullición nucleada subenfriada)) se ha ignorado durante mucho tiempo, pero es un tema de investigación reciente debido a su importancia potencial para la comprensión fundamental de la transferencia de calor durante la ebullición.
Un ejemplo familiar es la película de jabón: el efecto Marangoni que estabiliza las puntas del jabón. Otra aparición del efecto Marangoni se puede encontrar en el comportamiento de las células de convección : las famosas células de Bénard .
Una aplicación importante del efecto Marangoni es su uso para secar obleas de silicio después de una etapa de humectación durante la fabricación de circuitos integrados . Las gotas de líquido que quedan en la oblea pueden causar oxidación que dañará los componentes electrónicos. Para evitar esta suciedad, se sopla un vapor de alcohol (u otro compuesto orgánico) a través de una boquilla sobre la superficie de la oblea y el efecto Marangoni resultante provoca un gradiente de tensión superficial dentro del líquido, lo que permite que la gravedad elimine más fácilmente el líquido de la superficie. dejando una superficie perfectamente seca.
Un fenómeno similar se ha utilizado inteligentemente para el autoensamblaje ordenado de nanopartículas. Un alcohol que contiene las nanopartículas se esparce sobre un sustrato que luego se somete a un flujo de aire húmedo. El alcohol se evapora bajo el flujo mientras que el agua se condensa en microgotas sobre el sustrato. Durante este tiempo, las nanopartículas de alcohol se transfieren dentro de las microgotas para formar numerosos anillos en el sustrato después del secado.
El efecto Marangoni también es importante en las áreas de soldadura y crecimiento de cristales .