Rappel sur les phénomènes
de capillarité
Au sein d'un liquide (ou un solide), l'ensemble des forces de
liaisons s'annulent mais à la surface, ces forces de liaisons ont une résultante
dirigée vers l'intérieur et la surface se comporte comme si elle était soumise
à une pression extérieure.
La tension superficielle A correspond à une
force qui s'exerce sur une longueur unité d'une courbe imaginaire découpant
la surface d'un liquide (ou d'un solide) pour maintenir en contact les deux
parties coupées.
Dans un tube capillaire contenant un liquide l'interface air-liquide s'incurve pour former un ménisque. La surface
du liquide est assimilable à la paroi d'une bulle d'air de rayon R et l'élévation
du liquide dans le tube compense la différence de pression entre les deux côtés
de la paroi. (loi de Laplace).
On pose q l'angle
de raccordement du liquide avec le verre du tube. Pour les liquides qui mouillent
parfaitement (eau pure sur verre propre ou solvant organique) cet angle est
nul.
S'il est inférieur à 90°, le liquide mouille imparfaitement le verre
(eau sur verre gras). S'il est supérieur à 90° le liquide ne mouille pas (mercure).
Si
l'on admet que le ménisque est une calotte sphérique de rayon R et si le rayon
du capillaire est r, on a la relation r = R.cosq
.
D'après la loi de Laplace, la hauteur de l'élévation du liquide dans
le tube est donnée par la relation :
h = 2A.cosq
/rgr. (r
masse volumique du liquide).
Cette relation constitue la loi de Jurin.
La
constante de tension superficielle A s'exprime en N.m-1. Cette grandeur traduisant
la valeur des forces de liaisons dépend fortement de la température.
Pour
les liquides non mouillants, on observe une dépression. Pour le mercure q =
135° et A = 0,47 N.m-1.
L'applet
Déterminer la
valeur de la constante A pour les différents liquides étudiés.
Les valeurs
correspondent à une température de 20°C.
L'échelle verticale est graduée
en mm. En glissant la souris (cliquer dans le carré rouge), on peut déplacer
le réticule.
Pour réaliser pratiquement cette expérience, il est impératif
que le tube capillaire et le récipient soient parfaitement propres (lavage
au mélange sulfo-chromique conseillé). Pour l'eau, il faut utiliser de l'eau
fraîchement distillée.
JURIN (James) Médecin anglais (1684-1750) a établi cette loi en 1718.