IL. -— TENSIONS SUPERFICIELLES À. — Etude théorique

Les physiciens ont observé depuis longtemps déjà que la surface libre d’un liquide n’est pas rigoureusement plane, mais qu’elle présente une certaine courbure au point où elle se raccorde avec les parois des vases. Le phénomène

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est particulièrement nei lorsque le liquide est enfermé

dans un tube étroit, ou bien lorsqu'une petite masse de

liquide est abandonnée à elle-même, soit au contact d’une paroi plane (large goutte), soit au sein d’un autre fluide. Dans ce dernier cas, en particulier, la masse liquide tend à prendre une forme rigoureusement sphérique. Si nous remarquons que la sphère est, de tous les solides géomémétriques, celui qui présente, pour le même volume, la surface la plus faible, nous pourrons encore définir le phénomène précédent en disant que les liquides, abandonnés à eux-mêmes, tendent à réduire leur surface libre. Suivant l’image de Segner, tout se passe comme s’ils étaient recouverts d’une membrane élastique tendue.

On explique ce phénomène en faisant appel à l’hypothèse des attractions moléculaires. Soit une molécule A,

- située à la surface du liquide. Cette molécule oscille autour

du centre de sa sphère d’activité moléculaire, sphère dont le rayon est de l’ordre du uv, et qui-est limitée par les chocs des molécules voisines. Chaque molécule, en outre, est soumise à l’attraction de ses voisines. Dans le cas d’une

molécule isolée dans la masse, l’ensemble de ces forces

d'attraction a une résultante nulle. Pour une molécule À, située à la surface, toute la portion supérieure de la sphère subit l’attraction, bien faible, des molécules gazeuses supérieures; toute la portion située sous la surface subit l’attraction, bien plus forte, des molécules liquides. Pour cette molécule, les forces d'attraction, ou de cohésion, ont une résultante dirigée vers l’intérieur, ef normale à la surface. C’est à cette résultante qu’est dû l’état spécial de la couche superficielle du liquide, c’est à elle qu’est due la « Tension superficielle ».

Cette tension dépend de la nature du liquide.

À température constante, elle reste constante par unité de surface, lorsque la surface libre varie, pourvu que le rayon de courbure ne change pas.

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Par un raisonnement géométrique que nous ne pouvons donner ici, Clairaut, Poisson, puis Laplace ont établi que la différence des pressions qui s’exercent sur une portion de la surface est donnée par la formule :

PAPA Ce | dans laquelle R et R° sont les rayons de courbure de la portion de surface considérée, et A est la constante capillaire. À possède une valeur, spéciale pour chaque liquide, et fonction de la température.

Young et Gauss, reprenant la comparaison de Segner (1), ont donné une définition mécanique de la tension superficielle, à la surface de contact de deux fluides:

« La tension superficielle, disent-ils, est mesurée par la tension d’une membrane élastique mince qui, substituée à la surface de contact considérée, produirait les mêmes effets statiques. »

Cette théorie a été simplifiée ensuite par M. Bertrand (2). Le travail mécanique élémentaire, absorbé par une membrane suffisamment mince; parfaitement élastique, uniformément tendue, qui se déforme, est donné par la relation :

dT, = K';-dS dans laquelle K est la tension de la membrane, et dS la variation élémentaire de la surface. Le coefficient K est le même que le coefficient À de la formule de Gauss. |

M. Gay, enfin, a donné une formule plus générale et plus « thermodynamique » de la tension superficielle (3).

« La tension superficielle à la surface de contact de deux. phases, dit-il, est mesurée par le quotient du travail extérieur élémentaire absorbé par la totalité du système consi-

(1) Younc. Philos, Transac., 1805, vol. 1, p. 65 ; Philos Transac., 1910, vol. 20, p. 793,

(2) M. BERTRAND. Journal de math. pures et appliquées, t, III, p. 185

(3) M. Gay. Journal des Chimie-Physique, t. 29, p. 116, 1996.

RER A déré, multiplié par l’accroissement élémentaire de la superficie de la surface de contact considérée, les superficies de toutes les autres surfaces de contact restant constantes ainsi que les volumes des diverses phases et des divers constituants purs en équilibre osmotique avec ces phases. »

Considérant ensuite la surface de séparation de deux phases, et la variance du système, M. Gay ajoute plus loin:

« La tension superficielle à la surface de contact est une fonction déterminée au maximum, de la température du système, des proportions relatives globales, des constituants indépendants dont les tensions d’expansibilité ne sont pas données, des tensions d’expansibilité des autres constituants, des pressions des diverses phases et des superficies des diverses surfaces de contact. Elle est indépendante de la forme de ces surfaces de contact. »

M. Gay démontre enfin que la tension superficielle d’une surface de contact est bien déterminée quand on connaît la composition d’une des phases du système, ainsi que sa température et sa pression.

B. — Mesure de la Tension Superficielle

On a proposé de nombreuses méthodes de mesure de la tension superficielle, mais en général, elles sont compliquées ou bien peu exactes; nous citerons seulement les principales: |