Capillarité

LA TENSION SUPERFICIELLE

Le cadre ABCD dont le coté AB, de longueur L, peut glisser sur DA et CB, a été initialement plongé dans un liquide (eau savonneuse); il est alors rempli d'une lame mince liquide.
Le liquide tire AB vers DC avec une force d'intensité f = g . L pour chaque face de la lame (face supérieure et face inférieure).
Pour maintenir AB en équilibre, l'expérimentateur doit applique une force d'intensité: F = 2. g . L.

Le coefficient g s'appelle tension superficielle; il s'exprime en N.m^-1.
Ordre de grandeur: pour l'eau liquide à 20°C, g = 73.10^-3 N.m^-1.

L'ANGLE DE RACCORDEMENT LIQUIDE/SOLIDE

Une goutte de liquide déposée sur une plaque solide plane et horizontale peut :
- soit s'étaler largement (par exemple de l'eau sur du verre propre) ; dans ce cas, on dit que le liquide mouille parfaitement le solide, et l'angle de raccordement q vaut 0°,
- soit former une lentille :
· si q < 90°, le liquide mouille imparfaitement le solide (par exemple l'eau sur du verre sale)
· si q > 90°, le liquide ne mouille pas le solide (par exemple le mercure sur du verre).
Le même angle de raccordement se retrouve à la surface libre d'un liquide près des bords du récipient et provoque la formation d'un ménisque dans les tubes.

L'ASCENSION CAPILLAIRE

Lorsqu'on plonge un tube capillaire (tube creux de petit diamètre intérieur), ouvert aux deux extrémités, dans un liquide, celui-ci monte (si q < 90°) ou descend (si q > 90°) dans le tube d'une hauteur h.

La loi de Jurin permet de déterminer la hauteur de l'ascension capillaire:

g : tension superficielle du liquide (N.m^-1)
q : angle de raccordement liquide/solide
r: rayon intérieur du tube (m)
r : masse volumique du fluide (kg.m^-3)
g : accélération de la pesanteur (9,81 m.s^-2)