CHAPITRE III

ETUDE DES PROPRIETES ELECTRIQUES ET DES TENSIONS SUPERFICIELLES DE NOS SOLUTIONS

Au cours des chapitres précédents, nous avons commencé l’étude des liquides ternaires, et nous avons montré que les propriétés de ces différents liquides ne varient pas toujours proportionnellement à leur composition centésimale, mais que la plus ou moins grande miscibilité des constituants influe sur ces propriétés.

Nous avons voulu étudier ensuite les propriétés électriques, puis les tensions superficielles de nos mélanges. Pourquoi avons-nous songé à ces deux propriétés ? Pour des raisons pratiques et théoriques. Si nous admettons, en effet, que les modifications des propriétés de nos liquides correspondent, peut-être, à des modifications de l’état moléculaire des éléments dissous, les phénomènes électriques et les actions de tensions superficielles étant sous la dépendance de l’état moléculaire, doivent donc éprouver des variations correspondantes aux variations de solubi-

lité et les courbes de niveau obtenues pourront nous permettre de modifier notre abaque,

L. —— POUVOIR INDUCTEUR SPECIFIQUE él A. — NOTIONS THÉORIQUES

Nous savons que MM. Nernst et Thomson (1) ont été, et par des voies différentes, conduits à relier le pouvoir de dissociation d’un solvant à sa constante diélectrique, et la relation qu’ils ont établie est la règle de Nernst-Thomson. L'eau, par exemple, a un grand pouvoir de dissociation, en même temps qu’une constante diélectrique élevée. L’introduction dans un liquide d’une substance à grand pouvoir diélectrique doit tendre à diminuer lattraction électrique entre deux particules chargées d'électricité, puisque la loi électrique de l’attraction entre deux charges e : à une distance r, dans un milieu de pouvoir K, est

donnée par:

e x,e F— (RS)

Nous devons remarquer que l’on a trouvé de nombreuses exceptions, de telle sorte que la règle de Nernst- Thomson ne semble guère avoir que la valeur d’une

généralisation qualitative.

D'un autre côté, nous savons que Maxwell a établi une

relation entre les propriétés optiques d’un corps homogène et ses propriétés électriques, relation qui relie le pouvoir réfringent de ce corps et son pouvoir inducteur spécifique:

Kerr Cette relation, établie en partant des considérations théoriques, ne se vérifie bien, nous devons l’avouer, que

(1) Nerwsr. Zeits. f. Phys. Chem., t.'13, 1894, p. 551,

= Poe

lorsque K et n sont mesurés pour des ondes de même période.

Après avoir étudié le pouvoir réfringent de nos solutions, nous devions, tout naturellement, songer ensuite à étudier leurs propriétés diélectriques, puisqu'il existe une relation entre les deux.

Les travaux de M. Barbillon (1) sur la dispersion électrique et, plus récemment, les recherches magistrales de M. Granier (2) ont confirmé l’hypothèse que le pouvoir inducteur spécifique d’une solution de liquides organiques peut être considérée comme la somme de deux pouvoirs inducteurs:

Dans cette somme, K, est sensiblement égal à n°. Comme n', le carré de l'indice de réfraction est toujours très voisin de 2, K; est sensiblement constant. K., lui est proportionnel au nombre des ions (OH) libres dans la solution. Si donc, dans un mélange d’eau et de liquides organiques, le voisinage de l’état critique de miscibilité entraîne une augmentation, ou une diminution du nombre des ions (OH), nous devrons constater une pertubation des pouvoirs inducteurs,

B. —— MoDE OPÉRATOIRE

Pour faire cette étude, nous avons employé la méthode du Pont de Wien, modifiée par M. Granier.

Les mesures: des pouvoirs inducteurs effectuées jusqu'ici comportaient, pour la plupart, l'emploi d'ondes électriques amorties, mais les irrégularités de fonctionnement des générateurs, la difficulté d’obtention des résonances et de leur mise en évidence rendaient ces méthodes i Impossibles dans le cas qui nous occupe. Nous avons donc fait

(1) BARBILLON. Thèse, Paris, 1888.

(2) GRANIER, Thèse doctorat, Paris, 1924,

appel aux ondes entretenues, qui nous donnent plus de précision, au point de vue électrique du moins.

Nous avons adopté la longueur d’onde de cinquante mètres environ, et cela pour deux raisons.

a) Conductibilité. — Les liquides étudiés, l’eau surtout, en dépit de toutes les précautions que nous avons prises, ont une certaine conductibilité. Il en résulte, pour une tension donnée, un courant qui trouble les mesures, et qui est indépendant de la fréquence.

Le courant de capacité qui sert à nos mesures est, au contraire, proportionnel à la fréquence; notre intérêt est donc d’opérer à haute fréquence. Soit un liquide de pouvoir inducteur K, de résistivité e placé entre deux lames métalliques de surface S, en face l’une de l’autre, à une distance e. La capacité et la résistivité de l’ensemble sont données par les formules:

S 4zre

29 À et D dt

Sous une tension efficace U, à la fréquence f, les courants de capacité et de conduction qui prennent naissance ont pour intensité:

L=— 2. nf, C US

ù U S. U Der 0. €

Le rapport entre ces deux quantités caractérise la qualité du condensateur: plus il est élevé, plus le courant perturbateur, dû aux fuites, est négligeable par rapport au courant à mesurer. Nous représenterons ce rapport par

I, 2 He Tg. (eo) TL Kof

Par exemple, pour une eau distillée ordinaire, nous avons K — 80 et + : 1/10’ en C. G.S.E,S,

JDA

Les valeurs de tg. + sont alors données dans le tableau:

f.parsec : ken mètres : go 1.000 300.000 0,005 100.000 3.000 0,5 1.000.000 300 5 10.000.000 30 50 100.000.000 3 500

Donc, il est impossible de se servir de fréquences acoustiques, et seules les ondes d’une longueur inférieure à 100 mètres permettent des mesures faciles. Pour les ondes de 3 m., le courant de fuite est pratiquement nul. On ne peut, cependant, aller trop loin dans cette voie, à cause du phénomène de la dispersion.

b) La dispersion. — Le phénomène de la dispersion des ondes électro-magnétiques par les liquides, et labsorption de ces ondes qui en est la conséquence, nous empêchent d’aller trop loin. Le pouvoir inducteur, égal au carré de l'indice de réfraction, est, pour une fréquence déterminée, fonction de la longueur d’onde. Pour les fréquences de l’optique, il est voisin de 2 ou 3, mais atteint des valeurs beaucoup plus élevées avec les fréquences de la T. $. F. Pour l’eau, par exemple, il passe de 1,77 à 80; pour l’alcool, de 1,86 à 26, etc. Et la zone de passage intéresse, dans bien des cas, des ondes de quelques centimètres ou de quelques mètres de longueur. Il nous faut donc éviter les ondes trop courtes. Bien des mesures effectuées jusqu'ici (par Nernst en particulier, en ondes amorties de 50 à 75 c") ne présentent aucun intérêt parce qu’effectuées en pleine bande d'absorption. Pour que nos résultats échappent à ce reproche, il nous faut opérer avec des ondes d’une longueur supérieure à 20 m. au moins. Les nombres obtenus seront alors évidemment valables pour toutes les fréquences inférieures, et même pour le courant continu,

A7 nie

Donc, pour éviter les effets de la conduction et de la dispersion, nous opèrerons avec des ondes de longueur moyenne, soit 50 m. environ et nous purifierons soigneusement nos liquides. Nos alcools ont été soigneusement déshydratés, puis rectifiés et conservés dans des tubes en verre Pyrex. L'eau fut distillée deux fois, dans un ballon de quartz et les vapeurs condensées dans un serpentin en argent. Le distillat était conservé dans un ballon de Pyrex.

c) Montage de l'installation. — Notre installation comporte un poste émetteur et un poste récepteur, placés dans la même salle, mais à une dizaine de mètres l’un de l’autre.

L’oscillateur I à lampes triodes émet des ondes entretenues de 50 m. de long (fréquence 6.000.000). Le récepteur I, fondé sur le même principe, qui les reçoit, est le siège de battements qui résultent de la combinaison de l’onde incidente et de son onde propre. Le récepteur est relié au condensateur à étudier, C, et à un condensateur variable D. Le premier étant vide, au début, on règle le deuxième de telle sorte que la note du son de battement devienne de plus en plus grave, puis disparaisse lorsque I et II sont à l'unisson.

Pour faire une mesure, on commence par remplir le condensateur C du liquide à étudier: l’unisson disparaît et on le fait réapparaître en agissant sur le condensateur D et en s’aidant des sons de battement. La diminution de la capacité de D est alors égale à l'augmentation de la capacité de C. On déduit de cette variation le pouvoir inducteur du liquide, non par le calcul, à l’aide des dimensions géométriques de C, ce qui nécessiterait des calculs fastidieux et peu sûrs, mais en étalonnant l’appareil au moyen de liquides de pouvoirs inducteurs connus.

La question importante, au point de vue électrique, était la stabilité de nos longueurs d’ondes. Pour réaliser cette condition, on a choisi des sources de courant très puissantes, des lampes bien sélectionnées, et les mesures

M t n'étaient faites qu'après une demi-heure de fonctionnement préliminaire, pendant laquelle on vérifiait la fixité des sons de battement.

Pour éviter les perturbations dues à la capacité du corps de l’observateur, les commandes se faisaient à distance, et l'écoute par un haut-parleur.

L'oscillateur émetteur I est monté suivant le schéma ci-joint. E est une bobine, F, un condensateur de 0, 1 me, G, une deuxième bobine dont le couplage avec E est variable à volonté. La source d’énergie est une dynamo à deux collecteurs donnant 8 à 750 volts en charge, et entraînée par un moteur asynchrone triphasé. Du côté basse tension, elle travaille en parallèle avec une batterie d’accumulateurs tampons de 4 éléments de 60 ampères-heures. Du côté haute tension, elle est shuntée par 4 condensateurs de 2F et 250 volts montés en série. La lampe employée est une lampe triode du type courant en T.S.F.

Le récepteur II comporte, dans son circuit oscillant, une bobine H et deux condensateurs connectés en parallèles: le condensateur C est destiné à recevoir le liquide à étudier, et le condensateur D variable. Le condensateur C possède deux armatures parallèles, maintenues à distance constante. Le condensateur D, d’une capacité maxima de O,2F, est manœuvré à distance par l'intermédiaire d’un démultiplicateur, et un miroir fixé sur son axe permet la lecture à distance au moyen d’un spot. Un condensateur I, de O0,15:F, associé avec une résistante J de 5 méghoms, assure la détection. La réaction du circuit plaque sur le circuit grille se fait au moyen d’une bobine K, qui peut se coupler au moins avec la bobine H.

Le primaire du transformateur L est shunté par un condensateur M intercalé dans le circuit de la première plaque, tandis que son secondaire est relié à la deuxième

grille. Le haut-parleur N est en série dans le circuit de la deuxième plaque,

Les sources d'énergie soni, pour le récepteur, un accumulateur de 6 volts et 75 ampères-heures, et deux accumulateurs de 80 volts, à prises multiples. Les lampes sont du type des lampes Odion de la T. S. F. Le couplage entre les oscillateurs A et B a lieu par l’intermédiaire d’un circuit

CECLP feur Fa

Fi. 25

supplémentaire contenant deux bobines O et K, la première disposée à quelques centimètres de la bobine L, la seconde à une distance de la bobine H variant entre 50 c" et 2 m.,