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Théorie de la capillarité; 3e mémoire

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Academic year: 2021

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(1)

HAL Id: jpa-00240578

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00240578

Submitted on 1 Jan 1902

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Théorie de la capillarité; 3e mémoire

Gerrit Bakker

To cite this version:

Gerrit Bakker. Théorie de la capillarité; 3e mémoire. J. Phys. Theor. Appl., 1902, 1 (1), pp.105-115.

�10.1051/jphystap:019020010010501�. �jpa-00240578�

(2)

105 à mesure que leur réfrangibilité augmente; elle laisse passer surtout les radiations moins réfrangibles, qui sont utiles à l’organisme, et

élimine les radiations plus réfrangibles, qui sont nocives.

Nole.

-

Dans les expériences précédentes, nous avons employé un moyen commode pour atténuer la lumière. Ce moyen consiste à se servir de piles de porte-objets en les groupant en paquets de : 1 plaque, 2 plaques, 3 plaques,

5 plaques, ,] 0 plaques, 20 plaques, etc., comme dans une boîte ; on peut ainsi pla-

.cer sur le trajet du rayon lumineux un nombre de plaques variable à volonté.

THÉORIE DE LA CAPILLARITÉ;

3e mémoire(1);

Par M. GERRIT BAKKER.

Dans mon deuxième mémoire, j’ai trouvé pour le potentiel des

forces moléculaires l’équation différentielle : -.

correspondant à la fonction de force : l

Il peut être utile de remplacer ces expressions par d’autres équi-

valentes de la manière suivante :

Supposons l’espace divisé par trois systèmes de surfaces ortho- gonales se coupant, comme l’a montré Dupin, suivant leurs lignes de

courbures. Soient clu, clv, cln les différentielles des arcs de ces lignes

de courbures en un point de rencontre des trois surfaces ; l’énergie potentielle l2~ : -.

en remarquant que

(1) Voir le 2e mémoire, J. de Ph?ls., 3e série, t. IX, p. 39!~; 1900.

~2) Voir J. cle Phys., 3e série, t. IX, p. 399; J00.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019020010010501

(3)

106 devient :

La variation d’énergie est alors donnée par :

Posons :

il vient:

Le long d’une surface fermée, l’intégrale seconde s’annule, et il vient, en développant les autres termes de (2),

Considérons le parallélépipède curviligne dont les arêtes sont du,

dz, dn, et dont la base est dS1

=

dud~ ; soit dS’, l’élément de surface

qui se trouve en face de dS,. On a, en négligeant les infiniment

petits du second ordre :

d’oil :

Or on a :

(4)

107

Supposons que les dS1 1 soient des éléments de surface (le niveau et les d~a des différentielles de lignes de force, on a : *.

De là on t,ire de (3), à l’aide de (4) et (5,,

L’énergie potentielle est alors :

En faisant varier la densité, on a :

d’oii :

En égalant (6) et (7), il ~~ient :

équation différentielle du potentiel des forces moléculaires, les diffé-

rentielles étant prises le long des lignes de force.

Expression ~é~z~.~raZe de la pression ~~ZOloru,lccire K el de la cons- tante capillaire II.

-

La pression moléculaire se calcule aisément

au moyen de l’équation (8). Lorsqu’il n’y a pas de forces extérieures, la surface libre du liquide, qui est une sphère, est une surface de niveau pour les forces moléculaires. La différentielle dn est alors

dirigée suivant le rayon, et Rj = R 2. Soient R et R -~- Zz les rayons

respectifs de la masse intérieure jusqu’à la couche capillaire et d’une

surface de niveau intérieure à cette couche, l’équation (8) devient :

(5)

108

relation obtenue antérieurement(’) comme cas particulier de l’équa- tion (1).

Pour une couche capillaire plane, Il

=

oc , et (9) devaient :

Multiplions les deux membres de l’équation (8) par 2 ~’~ et inté-

~n

b rons entre R, et Y 2 considérés comme des grandeurs invariables,

il viendra :

et pour la constante capillaire H (2) :

Équation de Laplace.

-

En un point de la surl’aee libre d’un

liquide pesant de densité p, de constante capillaire H, .~~ étant la

hauteur du joint considéré au-dessus d’un plan horizontal et 1 une

constante, on a :

/ . . c, 1

On peut retrouver cette relation en supposant, contrairement à

1 ’hypothèses de Laplace, que la densité p varie d’un point à un autre.

En effet, que l’on considère un liquide comme formé de particules

en mouvement ou que l’on substitue un agent ho~noc~éne qui produit

les mômes effets extérieurs, on a toujours la relation :

~ et ~, étant respectivement les potentiels des forces moléculaires et des forces extérieures et 0 la pression thermique (3).

(1) Voir J. cle Phys., série, t. IX, p. 401 ; 1900.

(‘-’) Voir J. de Phys., 3e série, t. IX, p. 402 ; 1900.

(1) Voir J. cle Phys., 3e série, t. YIII, p. ~~7 ; 1 S~)J.

(6)

1 09

Pour un point de la surface libre 0

:-:::::

o, Féquadcn 11) donne:

Or ici ~ = c~.~. Il reste donc à chercher rexpressiol1, de ~. On y

arrive en supposant d’abord qu’il s’agit d’une masse liquide sphé- rique de rayon R obéissant à la fonction de force :

On trouve ainsi (13) en négligeant l’épaisseur /~ de la couche capillaire devant R, et p, étant la densité du liquide intérieur :

en posant

si l’on suppose maintenant que l’on a affaire à un liquide limité par

une surface quelconque, on trouve aisément pour le potentiel total :

RI et R2 représentant les rayons de courbure principaux au point P.

L’équation (~~~ devient alors :

ce qui est l’équation de Laplace.

Si le liquide est entouré de vapeur, celle-ci contribue au potentiel

comme le liquide ; dans ce cas, on trouve aisément la relation

suivante où oc et fi sont des constantes :

(7)

110

.

La valeur de 3, qui nous intéresse seule, est donnée par

La méthode de Laplace eut donne dans ce cas, p; et P2 étant ltes densités du liquide et de la vapeur saturée :

d’où, en combinant (16) et (~7), on tire une nouvelle expression de H :

On peut tirer de là des limites supérieures et inférieures de H

ct de H

~~ ~~ ɰ K

En effet, le coefficient de 2013~ dans l’équation précédente, changé

de signe, varie de

à Ã, lorsque h varie de 0 à hj ; si donc on remarqne que l’on a : -.

on a les inégalités :

D’autre part, la pression moléculaire K est donnée par (~) :

(1) Voir J. de Phys., 3e série, t. ~’Ill, p. ~ ~8 ; 18 JJ ;

-

et t. IX, p. ~01 : 1900.

(8)

111 il vient alors :

lu

Or H n’est autre chose que le rayon de la sphère d’activité dont K

Van der Waals, dans sa G~onti~2z~ité, a donné les valeurs à la tem- pérature ordinaire pour l’éther, l’alcool, le sulfure de carbone et l’eau.

Il serait bon de trouver une limite supérieure de 2013~ des considé- 1

rations dont il est inutile de donner le détail conduisent à l’inégalité :

Or, aux basses températures, p, est négligeable devant p~ ; on voit ainsi que, a ces températures, ne peut être beaucoup plus petit

que l’unité ; si on prend - r e comme fonction des forces molécu-

laires, il s’ensuit que 1 ne peut pas être plus grand que l’épaisseur

de la couche capillaire.

Calcul de la constaiete capillaire au înoyen de la ~r~ession ther- miq?re 6.

-

J’ai trouvé entièrement pour H l’expression (’) :

ce qui devient, en posant : puis en transformant :

(1) Voir J. de Phys., 3e série, t. IX, p. !~0~ ; 1900.

(9)

112

li’équation (91’, intégrée après remplacement de q par):, x remplace--

ment de r en fonction de a, et utilisation de la relation dO

= -

P~l~,.

donne:

n i ~ ~ ~ n .~

d’où

Or, d9

= ~--

pd~ donne, en remarquant que § j

_ -

2apt :

d’oû, en remplaçant ~ par sa valeur, il vient :

Portons cette valeur dans (22), et remplaçons

1

il vient enfin :

Ainsi la constante de Laplace, H, ne dépend que de e et, par suite, de

son expression en fonction de la densité p. Si on admet la formule : -.

donnée par Van der Waals, l’expression de H est assez compliquée.

Remarque 1.

-

Il est intéressant de remarquer que la pression

moléculaire K s’exprime, au contraire, très simplement au moyen de

la pression thermique 9. K étant la force avec laquelle l’unité de

surface de la couche capillaire cst attirée vers le liquide, est la diffé-

(10)

113 rence entre les pressions thermiques du liquide et de la vapeur :

d’oï~, en remarquant que

il vient:

Remarque 11.- Dans sa Théorise therÍnodynamique de la capilla-

rité dans l’hypothèse d’un’! varia tion continue de den~sito ~’ ), Van

der Waals trouve pour la force avec laquelle l’unité de masse de la couclie capillaire est attirée vers le liquide

~ (1) étant la fonction de Laplace. On trouve immédiatement pour le

potentiel ~ un point de la couche capillaire :

«

O 1.1 :

’ o

dip

Van der Waals néglige le terme en -y-~ et les suivants et, en vertu d7a

de ~,

_ -

2cip,, part de la relation :

"

Avec la fonction de force qui est la vraie, d’après le

dernier chapitre de la théorie de Van der Waals, il vient :

(1) Voir Arcja. née~7lanclaises, t. XXVIII, p. 12L.

(‘’) Voir .1. cle Phys., 3, série, t. X, p. 138 ; 1901.

(11)

114

L’équation (~6) devient donc:

Or la fonction de force précédente donne pour le potentiel, ainsi que je l’ai montré (’ ), la relation différentielles

qui devient, pour une couche capillaire plane, en posant

Les deux équations (27) et (~8) donnent :

d’où

Or, pour h - o, on a ~

= -

2ap,, et, pour h == h,, on a : *.

~

# -

2ap28 D’où: 1

Introduisons cette relation dans l’expression que j’ai trouvée

pour H (2) :

on trouve, en tenant compte de (28) :

Ainsi donc (3 j, le fait de négliger ~~ ’~ dh " et les dérivées d’ordre supé-

(1) Voir J. de Phys., 3e série, t. IX, p. 396 et 357 ; 1900.

(2) Voir J. de Phys., 3~ série, t. IX, p. 402 ; 1900.

( J) Voir A7~ch. néerlandaises, t. XXVIII, p. 17.

(12)

115 z

rieur donne avec la fonction des forces

-

f e ’‘~ identiquement H = o.

z

Il s’ensuit que le dernier chapitre de la Théorie therlnodynamique

cle la capillarit(1 de Van der Waals est en contradiciion avec les autres,

ce que son auteur a pressenti lorsqu’il a fait des réserves sur l’hypo-

thèse consistant à négliger les termes dont il vient d’être question.

SUR L’HISTOIRE DES PROCÉDÉS MIS EN 0152UVRE PAR FOUCAULT POUR L’ÉTUDE

DES MIROIRS ET DES OBJECTIFS ;

Par M. C. RAVEAU.

La méthode qui a permis à Tôpler(’) de voir et à Wood (2) de photographier les ondes sonores est identique, dans son principe, à

l’un des procédés employés par Foucault, pour reconnaître la confi-

guration des surfaces optiques ; BerLin (3) en avait fait l’observation au

moment des premières publications. de Tôple1-, qui, sans aucune difficulté, en a convenu. La lecture du passage suivant, traduit à peu

près littéralement d’un ouvrage posthume d’Huygens : Cor~2mentarii de forn2ccnc~is vitris ad telescopia, montrera que l’idée est plus

ancienne :

« Posez debout sur une table, dans une chambre bien fermée, le

verre que vous voulez examiner, la surface que vous soupçonnez tournée du côté opposé à celui vous êtes ; prenez une bougie et présentez-la de manière que le milieu de la large lumière réfléchie

par la première surface puisse tomber sur vos yeux ; éloignez-vous

du verre jusqu’à ce que les rayons réfléchis par la surface posté-

rieure commencent à former une image renversée de la bougie ;

alors le verre entier paraîtra illuminé, et vous découvrirez ses

défauts et les imperfections de son poli. Quand le verre est d’un fort long foyer, on se sert d’une lunette de 3 ou 4 pouces de long, afin

de grossir les défauts et les rendre plus sensibles. »

Cette citation est extraite du Traité d’Optique, par M. S’~nith, tira-

(1) Annales de Pog,gendo~~f, t. CXXXI et CXXXIV.

(2) Philosophical ¡lfagazine, août 1899 et juillet 1.900 ;

-

J. de Phys., 31 série,

t. ~’III, p. 627, 1900, et t. X, p. 72, 1901.; - Nallu’e, 9 août i900 ;

-

Revue géné-

J’ale des Sciences, 30 avril 1901;

-

Société française de Physique, 1. cr février 190i.

(3) Annales de Physique et de Chimie [4J. t. XIII, p. 471.

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