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OUTILS DE MESURES

 

 

Comment mesurer la tension superficielle d'un liquide?

 

 

 

La méthode de la goutte tombante:

 

 

Le matériel nécesssaire à la mesure de la tension superficielle avec cette méthode, est le suivant:

 

  • Une lampe émettant de la lumière blanche ;

  • Du papier calque ;

  • Une seringue avec une aiguille ;

  • Un support pour pouvoir fixer la seringue ;

  • Un appareil photo avec une très grande qualité d'image ;

  • Un objectif macroscopique ;

  • Un ordinateur avec un logiciel de traitement d'images .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La méthode de la goutte tombante est une méthode couramment utilisée, qui nécessite une faible quantité de liquide et qui permet d’obtenir de façon rapide une mesure relativement précise de la tension superficielle. Cette méthode est basée sur la forme de gouttes à sa sortie d'un capillaire. Les petites gouttes tendent à être sphériques car les effets de tension superficielle dépendent de la surface de la goutte (sphère=surface minimale). Les effets gravitationnels, qui dépendent aussi du volume de celle-ci, entraînent des distorsions. Lorsque les effets de tension superficielle et les effets gravitationnels sont à l’équilibre, on peut déterminer la tension superficielle d’un liquide en fonction de la forme de la goutte obtenue. Le montage de la manipulation est assez simple à mettre en place. En effet il suffit de placer une seringue avec une aiguille vers le bas grâce à un support, puis de positioner l'appareil photo de sorte qu'il puisse avoir une image très nette de la goutte observée.

Afin de maximiser la qualité de l’image et essayer d'obtenir la photo la plus nette et  la plus contrastée  de  la  goutte,  il  est  indispensabled’avoir  un  éclairage bien  homogène. Pour  réaliser cela, on pourra placer du papier calque juste devant la lampe. Une fois le montage décrit précédemment mis en place, il ne reste plus qu'à appuyer sur le piston de la seringue, jusqu'à la limite de rupture de la goutte avec l'aiguille de la seringue (Car c'est à ce moment là que les forces de tension superficielle et de gravités sont en équilibre. Il conviendra de faire plusieurs essais auparavant pour trouver une goutte convenable.), et à prendre une photographie. Une fois que la photographie est prise, elle est transmise sur ordinateur, pour procéder à un étalonnage à l'aide d'un logiciel qui va permettre de trouver les différents paramètres nécéssaires à l'application de la loi de Tate. Cette loi nous dit que les forces qui s'appliquent sur la goutte sont son poids (P=m.g), et la force due à la tension superficielle ɣ au niveau du capillaire (c'est-à-dire F=2π.r.ɣ). Au moment précis où la goutte est sur le point de se détacher, le poids de la goutte est égal aux forces capillaires, donc P=F. D'où l'équation suivante:

  • ρ: masse volumique du liquide étudié ;

  • V: volume de la goutte ;

  • g: intensité de la pesanteur (9,8 m/s²) ;

  • r: rayon de l'orifice de l'aiguille ;

  • ɣ: tension superficielle du liquide étudié .

 

Note: Dans cette équation, nous avons remplacé m par ρ.V .

 

En isolant ɣ  de manières assez simple, on trouve la tension superficielle du liquide étudié.

Conclusion:

Cette méthode, à l'avantage d'être relativement simple à réaliser et à mettre en place, nécessite peu de matériel, et peut être relativement précise et rapide si l'on trouve une goutte à la limite de la rupture avec l'aiguille de la seringue. Seulement, même si nous possèdons tous le matériel dont nous avons besoin pour réaliser cette méthode de mesure, celui-ci reste assez cher à trouver si nous ne l'avions pas. De plus, trouver une goutte qui remplissent les conditions de la manipulation relève d'une extrême précision, et cela peut vite s'avérer pénible si l'on n'arrive pas à en créer une rapidement. Il faut ajouter à ça, le fait que beaucoup de paramètres sont à prendre en compte et à mesurer en faisant cette expérience, la prise de la photographie, et le traitement numérique de celle-ci peut s'avérer difficile quand on ne sait pas le faire, et beaucoup d'imprécisions peuvent être commises rendant le résultat assez éloigné de la réalité. À cause de tous ceci, cette méthode nous a rebuté, malgré le fait que nous avions les moyens de la réaliser. Nous avons donc préféré étudier d'autres méthodes avant de nous lancer têtes baissées dans celle-ci.

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