Appareil de mesure des tensions superficielles

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Submitted on 1 Jan 1963

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Appareil de mesure des tensions superficielles

Lucien Chincholle

To cite this version:

162 A,

APPAREIL DE MESURE DES TENSIONS SUPERFICIELLES

Par LUCIEN

_CHINCHOLLE,

Électrotechnique

Générale, Faculté des Sciences, Fontenay-aux-Roses.

Résumé. 2014 Nous

présentons un nouvel _appareil de mesure des tensions _{superficielles.} Il _permet d’étudier la _pression nécessaire _pour former, dans un _liquide, une bulle de gaz d’un diamètre donné. Cet _{appareil peut} être utilisé avec des _liquides mouillant ou ne mouillant pas le verre dans une

large gamme de température et de _pression. Abstract. 2014 A _new

apparatus for measuring the surface tension of _liquids is described. It can

be used to _study the _{pressure required to create a gas} bubble of given radius inside the _liquid.

Liquids either _wetting or not _{wetting glass} can be _{investigated,} over a wide _range of tempe-rature _{and pressure conditions.}

LE JOURNAL DE PHYSIQUE SUPPLÉMENT AU 1V~ 10.

PHYSIQUE APPLIQUÉE TOME 24, OCTOBRE _1963, PAGE

Ayant

à

_fabriquer

des émulsions de _gaz dans des

liquides variés,

nous avons été amenés à en étudier

la tension

_{superficielle.}

En

_particulier,

nous nous

sommes intéressés au mercure et à ses

_alliages

liquides

avec l’indium. Il fallait un

_appareil

per-mettant des mesures

_rapides

avec des

_liquides

dont la mouillabilité avec le verre varie

_beaucoup.

Principe

de

_{l’appareil (fig.}

_1).

- Soit

un tube de

verre

_recourbé,

terminé en C _par un

_capillaire

et

plongeant

dans le

_liquide

dont on veut établir la

FIG. 1.

valeur de la tension

_{superficielle. Supposons}

_que le

_point

C ameure à la surface libre du

_liquide

(mais

qu’il

soit situé tout de même en son

_intérieur),

afin de

_{pouvoir négliger}

les forces de

_pression

sta-tique.

Si nous chassons le

_liquide

du

_capillaire,

nous

exerçons une

_{pression qu’il}

faudra maintenir si nous voulons

_{l’empêcher}

de

_pénétrer

à nouveau.

Cette

_{pression équilibre}

la

_pression

due à la force

qui

provoque la déf ormation de la surface et

_qui

n’est autre _que la tension

_{superficielle.}

Soient _{p :} la

_pression

_{exercée par} l’intermé-médiaire du gaz ;

d : le diamètre du

_{capillaire ;}

A la tension

_{superficielle}

du

_liquide

étudié.

Nous _pouvons

_appliquer

la loi de Jurin : A =

pd/4.

La mesure de la

_pression

se fait à l’aide d’un

manomètre à

_liquide

de masse

_spécifique

_p. La

formule

_précédente

s’écrit alors :

Réalisation

_pratique

2 et

_3).

- Nous avons

2.

163 A

conçu deux

appareils simples adaptés

à cette

me-sure, c’est-à-dire

pouvant

fonctionner,

l’un avec

des

_liquides

mouillant le verre

_(alliage

mercure-indium et la

_plupart

des

_liquides

_usuels),

l’autre

avec des

_liquides

ne le mouillant _pas

_(mercure).

FIG. !tu, et 4b.

Le

_{premier appareil}

_comporte

essentiellement

(fig.

4a) :

a)

une cuve D contenant le

_liquide

à

_{étudier ;}

b)

un tube

_capillaire

_C,

_plongeant

dans la cuve et alimenté _{par du gaz} sous

_pression

_par

l’inter-médiaire du robinet

_{R ;}

c)

un tube

_{manométrique}

~1.

Le

_principe

de la mesure est le _{suivant : le gaz} est introduit en

quantité

suffisante dans le corps

de

_{l’appareil,}

_puis

le robinet R est fermé. Les bulles de gaz continuent à

s’échapper

en C tandis que la

hauteur h du

_{liquide manométrique}

_diminue,

et ceci

_jusqu’au

moment où la

_pression

due à la

ten-sion

_{superficielle équilibre}

la

_pression

du _{gaz. Il} suffit alors

_{d’appliquer}

la formule v

g : accélération de la

pesanteur ;

he : hauteur

d’équilibre

du

_{liquide manométrique.}

Dans le cas d’un

_liquide

ne mouillant _{pas le}

verre, on doit modifier

_l’appareil

de

_façon

à exercer

soit une

_dépression

dans le tube

_C,

soit une

sur-pression

sur le

_liquide

ou

conjuguer

les deux à la

fois _{pour obtenir} le maximum de sensibilité. Considérons le cas où l’on exerce une

_pression

sur le

_{liquide (fig.}

_4b~.

Le robinet R étant ouvert et

réglé

à un débit très

_lent,

du moins au

_voisinage

de la mesure, on note la

pression manométrique

au moment où le

_liquide

contenu dans le vase com-mence à monter dans le tube

_capillaire

C. La ten-sion

_{superficielle}

est alors

_égale

à la

_{pression qu’on}

a exercée.

Pour avoir une meilleure

_précision

on

_peut

re-prendre

la mesure avec des

_pressions

de _gaz initiales

plus

faibles ou bien monter un manomètre dont

une branche mobile

_permet

d’atteindre la

_position

d’équilibre plus

facilement.

Résultats obtenus. - Nous

avons effectué

quelques

mesures absolues dans

_l’unique

but de nous rendre

_compte

de la validité de la

_{méthode ;}

aussi n’avons nous _pas cherché à obtenir une

grande précision.

Notons

_simplement

_{que les}

résul-tats

_enregistrés

sont en bon accord avec les valeurs

classiques

de la. tension

_{superficielle,}

en

particu-liar pour l’eau et _{pour le} mercure.

Nous _{avons, par}

_contre,

déterminé les variations de la tension

_{superficielle}

d’un

_alliage

en fonction

de la

_proportion

de ses constituants. La

_figure

5

164 A

donne les résultats obtenus dans le cas du

mercure-indium. Le minimum

_apparait

à 8

_%

d’indium. Il

correspond

environ à la tension

_{superficielle}

de l’eau

_(fig.

_5).

Pour avoir le maximum de

_précision

il est inté-ressant de calculer le diamètre

_optimum

du

capil-laire.

Évaluons

à cet effet l’erreur relative sur la mesure de A :

Nous pouvons

négliger

les deux derniers termes.

L’erreur sur A sera minimum si la fonction

f

= +

Ahlh

est minimum.

En

_désignant

_par

_dl

et

_h1

les erreurs absolues

faites sur les mesures

_{correspondantes,}

nous avons :

Comme h ----

4A/pgd,

si _nous dérivons

par

rap-port

à d nous obtenons :

Cette dérivée s’annule pour :

La valeur de A sera déterminée

approximati-vement _par une mesure

_rapide,

ce

_qui

_permettra

de

choisir le diamètre du

_capillaire.

Pour évaluer les tensions

_{superficielles élevées,}

on

_prendra

le mercure comme

_liquide

mano-métrique.

Au contraire l’eau sera utilisée pour les

faibles valeurs de A.

Exeniple :

1)

Si

_hl

=

1,5

_X 10-3 m

_(liquide

manomé-trique :

eau) ;

dl - 8 ~ ;

A =

_0,075

On obtient d =

400 j.

2)

Si

1,5

X 10-3 m

_(liquide

manomé-trique :

mercure) ;

d,

=

8 ~ ;

A =

0,45

On obtient d = 268 [1.

Il est facile de

_fabriquer

une série de

_capillaires

en verre et de choisir ceux

_qui

conviennent le mieux. A cause de leur

_fragilité

et surtout de la difficulté de

_nettoyage,

nous ne les utilisons

_qu’une

fois.

Cet

_appareil

de mesure des tensions

_{superficielles}

d’une utilisation

_{simple, pratique}

et

_rapide

_paraît

pouvoir

convenir à la

_{plupart des liquides, quelles}

que soient les conditions de

température

et de

pression.