Phénomènes de surfaces : Expériences

Phénomènes de surfaces : Expériences
Mise en évidence de la tension superficielle
A- Qualitativement
Expérience n°1:
.
3 ou 4 gouttes de
détergent
n° 1 : Poser délicatement à la surface de
l’eau une épingle dégraissée.
Observer : L’épingle flotte sur l’eau
eau pure
n°1
n° 2. Ajouter 3 ou 4 gouttes de détergent.
n°2
Observer. L’épingle coule.
Interpréter :
Les gouttes de détergent ont modifié la tension superficielle de l’eau. La résultante des forces
d’attraction électrostatiques exercée par l’eau additionnée de détergent est inférieure à la
résultante des forces d’attraction électrostatiques exercée par l’eau pure sur l’épingle.
Expérience n°2:
A
étape n°1
Tremper un cadre rectangulaire ou circulaire dans
de l’eau savonneuse.
Un film occupe toute la surface du cadre.( étape n°1)
Percer le film à droite du fil AB.( étape n°2)
B
A
étape n°2
B
Observer .
le fil AB se tend.
Interpréter:
Le film (eau savonneuse) exerce une tension
également répartie sur le fil AB et le tend.
La forme courbe observée est due à la rigidité du
cadre
1/6
Expérience n°3:
Mettre de l’eau pure dans un becher. Saupoudrer uniformément le surface de l’eau avec du
poivre.
1. Tremper une tige de verre dans de l’eau pure, puis le mettre en contact avec la
surface saupoudrée.
Observer. Le poivre se répartit régulièrement sur l’eau
2. Tremper un agitateur dans de l’eau savonneuse, puis le mettre en contact avec
la surface saupoudrée en un point A.
Observer. Le poivre s’éloigne de l’agitateur.
Interpréter: l’eau savonneuse a abaissé la tension superficielle exercée par l’eau en A et
le poivre est attiré par la tension superficielle de l’eau qui n’a pas encore été modifiée
B- Quantitativement
Expérience n°4:
Stalagmométrie
Mesurer la tension superficielle en déterminant le poids ou le volume d’une goutte au bout d’un
capillaire. Le poids de la goutte qui se détache est proportionnel au produit du rayon du capillaire
par la constante de tension superficielle A.
On compte le nombre de gouttes issues
1. Du volume V du liquide ( eau ), soit n1 ,dont on connaît la constante de tension
superficielle A1.
2. Du volume V de liquide, soit n2, dont on cherche la constante de tension
superficielle A2
liquide étudié
M: masse
ρ: masse
volumique
V: volume
étudié
v: Volume
d’1 goutte
n : nombre de
gouttes
eau
alcool
V = n1 × v1 = n2 × v2
or
M1 M 2
et
=
ρ1
ρ2
A × ρ × n1
d’où A2 = 1 2
ρ1 × n 2
v1 =
2/6
V=
k × A2
k × A1
× n1 =
× n2
ρ2
ρ1
Tension superficielle de quelques liquides au contact de l’air.
Liquide
Mercure
Eau
Eau
Huile d’olive
Benzène
Alcool
Air liquide
t en °C
18
20
80
20
20
20
-190
A en mN/m
500
73
62
32
29
22
12
Expérience n°5:
Déterminer la constante de tension superficielle A de quelques solutions.
1. Solutions de détergent de concentrations différentes.
2. Différents liquides: eau pure; alcool.
a) Dispositif expérimental.
dynamomètre ( × 0,01N )
Cylindre en aluminium
liquide A inconnu
Boy
Le cylindre doit être parfaitement dégraissé et séché après chaque mesure.
Il faut déterminer le rayon moyen du cylindre.
b) Principe de la mesure.
Le cylindre étant hors du liquide on procède à la mise à zéro du dynamomètre.
Le cylindre est ensuite à demi immergé ( on observera, au passage, le phénomène d’aspiration)
A l’aide du boy on abaisse progressivement la boite de pétri jusqu’à l’arrachement et on note
l’indication du dynamomètre à ce moment là. Soit F la mesure.
F
et L = 2 × π× Rm
Puisque A =
2× L
F
alors A =
4 × π×Rm
avec: Rm en m ; A en N/m ; F en N.
3/6
C- Tension superficielle dans la vie courante
Expérience n°6: Pouvoir mouillant.
Le pouvoir mouillant d'un liquide sur un corps dépend de la tension superficielle de ce liquide et
des forces de cohésion entre ce liquide et ce corps.
1. Déposer sur une plaque de verre dégraissée une goutte d’eau pure.
Goutte d'eau sur une plaque
de verre dégraissée
¾ Prendre une épingle sèche, percer la goutte d’eau.
Observer : Rien ne se passe
¾ Prendre une épingle trempée dans de l’eau savonneuse, percer la goutte d’eau.
Observer :. La goutte s‘étale .
2. Prendre deux bechers et deux morceaux de feutrine de même format.
Dans chacun des bechers, poser le morceau de tissu avec délicatesse à la surface du liquide.
tissu
eau
eau + détergent
tissu
Observer : Dans l’eau le morceau de feutrine reste à la surface et dans l’eau additionnée de
détergent le morceau de feutrine s’imbibe de liquide et coule.
Interpréter : Le détergent a modifié la tension superficielle du liquide
Expérience n°7: Pouvoir émulsionnant.
huile
eau
eau + détergent
Agiter les deux tubes et laisser reposer.
Observer : L’émulsion obtenue avec l’eau additionnée de détergent est plus stable
4/6
Expérience n°8: Pouvoir dégraissant.
Placer au fond des bechers un morceau de tissu imbibé d’huile ( maintenir le tissu avec des
masses)
eau + détergent
eau
tissu imbibé
d’huile
Gouttelettes
d’huile
Observer :
Dans le becher contenant l’eau additionnée de détergent des gouttelettes d’huile remonte à la
surface.
Interprétation :
Les tensioactifs du détergent se sont glissés entre l’huile et le tissu ce qui a diminué les forces de
cohésions entre l’huile et le tissu et donc a permis à l’huile de se détacher.
Expérience n°9: Capillarité.
loi de Jurin
Principe :
Lorsqu'un tube capillaire plonge dans un liquide, on observe une dénivellation dans le tube.
2γ
Cette dénivellation est donnée par la relation : h =
rρg
r : rayon intérieur du tube
ρ : masse volumique du liquide
γ : est le coefficient de tension
superficielle
1.
Les tubes 1; 2; 3 et 4 ont des diamètres croissants. Cette expérience peut-être faite avec de
l’ eau colorée , puis avec de l’alcool .
Régler la distance entre les tubes pour obtenir une branche d'hyperbole.
support
1
2
3
4
Observer: Par ascension capillaire, le liquide monte le long des parois des tubes d'autant plus que
le diamètre est petit.
5/6
2.
C
A
Deux lames de verre dégraissées, maintenues par
des pinces en A et B, et écartées par un carton
léger en C, sont posées dans de l’eau colorée.
eau colorée
B
Observer : Par ascension capillaire, le liquide monte le long des parois d'autant plus qu'il est
proche de l'arête AB
Interprétation :
Si l'on suppose que les conditions d’application de la loi de Jurin sont vérifiées et la parfaite
mouillabilité du verre ( vitres lisses et dégraissées avec de l’alcool ou de l’acétone), la courbe
formée par la surface libre du liquide est une branche d'hyperbole, d'équation :
y=
2A
ραgx
•
α : angle B formé par les deux plaques de verre.
•
ρ : masse volumique du liquide,
•
A : coefficient de tension superficielle.
6/6