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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�
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
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 :
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 :
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., 3° 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.
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 :
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.
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.
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
1il 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-
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 :
’ odip
Van der Waals néglige le terme en -y-~ et les suivants et, en vertu d7a
de ~,
_ -2cip,, part de la relation :
"