le zéro absolu

[invite1ff1de77]

c quoi le zéro absolu
et comment on a pu le determiner
-----

[invitebb921944]

Bonjour
http://forums.futura-sciences.com/ar...hp/t-7671.html

Le zéro absolu est la plus basse température à laquelle on peut aller, soit 0 Kelvin (-273,15 degrés)

[deep_turtle]

Plus exactement, c'est une température à laquelle on ne peut pas aller. D'un point de vue classique et pour un gaz, c'est un état dans lequel les molécules sont au repos, il n'y a plus d'agitation thermique. Ceci est rigoureusement impossible à obtenir expérimentalement.

<edit>PS : OK j'avais pas vu le lien que tu mentionnes Ganash, tout est là en effet... désolé, j'ai répondu trop vite ! </edit>

[invitea0046ad4]

Le zéro absolu correspond à la disparition de l'agitation thermique, la température étant définie à partir de l'énergie cinétique des particules.

[A voir en vidéo sur Futura]

[.:Spip:.]

Pour renforcer ce que dit deep turtle, en effet impossible mais pourquoi ???

Parce que cela viollerait le principe d'incertitude d'Heisenberg. En effet, les electrons seraient fixe (donc determiner dans l'espaxce) et leurs vitesses nules, Hors ce principe de meca quantique dit que l'on ne peut connaitre simultanemant la position et la vitesse avec precision. Si on connait precisement l'un , alors grande incertitude sur l'autre !!!

aujourdhui on ateind 100 pico Kelvin (pico 10^ -12), mais plus ca vien plus c dur mais ce qui est dur aussi c'est de mesurer !!!!

Apliquez la meme chose sur l'atome aussi.

[invitebb921944]

En effet, les electrons seraient fixe (donc determiner dans l'espaxce) et leurs vitesses nules, Hors ce principe de meca quantique dit que l'on ne peut connaitre simultanemant la position et la vitesse avec precision

Je ne vois pas en quoi obtenir le 0 absolu violerait le principe d'incertitude d'Heisenberg. Si on obtient le 0 absolu, les électrons sont fixes (mais sans les observer on ne connait pas leur position dans l'espace) et on connait leur vitesse qui est nulle. Par contre, dès qu'on veut les observer, il faut les "éclairer" et dans ce cas là, on n'est plus au zéro absolu et il n'est plus possible de connaitre la vitesse ainsi que la position de la particule étudiée. Donc, je le répète, je ne vois pas en quoi atteindre le 0 absolu viole le principe d'incertitude d'Heisenberg. Si quelqu'un veut bien m'expliquer...

[invitebb921944]

Par contre je comprends bien qu'il n'est pas possible en pratique d'atteindre le 0 absolu hein, c'est juste l'utilisation du principe d'incertitude d'Heisenberg comme justification de cette impossibilité qui m'intrigue.

[deep_turtle]

Tu as raison Ganash, ça n'a rien à voir. Cette vision de la température comme une agitation moléculaire devient fausse dès que les effets quantiques deviennent importants. Si par exemple on considère un gaz d'électrons confinés dans une boite, il y a tout un tas de niveaux d'énergie qui peuvent être occupés, le fondamental, le premier état excité, le deuxième, etc... Comme les électrons sont des fermions, ils obéissent au principe d'exclusion de Pauli et seuls 2 électrons (2 à cause du spin, bref...) peuvent occuper le fondamental, deux sur chaque niveau suivant.

Résultat, pour mettre un tas d'électrons il faut leur fournir assez d'énergie.

Maintenant, la température c'est quelque chose de totalement différent, et quand on fait la thermodynamique statistique quantique, on s'aperçoit qu'il y a bien un état qui correspond à une température nulle, c'est l'état dans lequel les niveaux les plus bas sont tous occupés, les électrons se "tassent au fond" en quelque sorte. A plus haute température, quelques-uns de ces niveaux se dépeuplent en faveur de niveaux plus haut.

Si on ne peut pas atteindre le zéro absolu, c'est essentiellement pour 2 raisons :

1/ On ne connait pas de moyen pour mettre un système donné, constitué de beaucoup de particules, dans son état fondamental,

2/ L'environnement de tout système est à température non nulle et il est impossible d'isoler totalement un système donné de l'extérieur.

[invite74e1ed8b]

le zero absolu est atteignable/inatteignable, je n ai pas les connaissances pour le savoir
mais j aurais voulu savoir jusqu a cb on peut descendre?
je m interresse a ca surtout pour les composants electroniques(overclocking) et donc jusqu a quelle temperature les electrons ne feront pas d electro migration
car apparement une experience a -210° sur un processeur a ete effectuee en france et le processeur n est pas monte plus haut en frequence qu a -50°
donc j aurais surtout voulu savoir si il y avait eu electro migration due une trop basse temperature ou une mauvaise serie du processeur

j aurais aussi voulu savoir quelle temperatue pouvait atteindre un system de cascade (par cycle frigoriphique: un gaz qui en refroidit un autre qui en refroidit un autre...)

Merci de vos reponses

[invite74e1ed8b]

www.cooling-masters.com pour les application que je viens de citer (dossier ultx pour le -210°)

[le géant vert]

plus simplement que les problèmes de condensation, le problème du zéro absolu se pose dès la classe de seconde où l'on construit PV = nRT. Pour cela on commence par établir la loi expérimentale de Boyle Mariotte (vers 1670): PV = at + b avec t en °C et n = cte.
On fait alors remarque aux élèves que l'on peut extrapoler la droite jusqu'à un température où PV=0. Or dans notre expérience où on chauffait un récipient à V = cte, seule P eut être égale a 0 pa. Question que se passe t'il ensuite? Réponse: La pression étant définie que "le résultat" du choc des particules sur la paroie. Si P= 0 pa alors les particules ne bougent plus. Si P<0.... impossible, on ne peut pas bouger moins que qd on est immobile. Donc cette température qui vaut environ -273,15°C est une température minimale.

[deep_turtle]

Intéressant... Mais tu es bien d'accord que ce n'est qu'une sensibilisation, disons, au problème ? En effet, extrapoler la loi des gaz parfaits aux très basses températures n'est pas du tout physique puisque beaucoup de choses vont se passer quand la température va baisser (en premier lieu, ça va dévier de cette loi, puis ça va se condenser).

Donc cette température qui vaut environ -273,15°C est une température minimale.

Et tu ne peux pas tirer cette conclusion de ton raisonnement précédent, car tu extrapoles une loi bien en dehors de son domaine de validité...

[invite62161512]

"Si on ne peut pas atteindre le zéro absolu, c'est essentiellement pour 2 raisons :

1/ On ne connait pas de moyen pour mettre un système donné, constitué de beaucoup de particules, dans son état fondamental,

2/ L'environnement de tout système est à température non nulle et il est impossible d'isoler totalement un système donné de l'extérieur."

Si j'ai bien compris "état fondamental" , c'est quand les particules ne bougent pas. Bon, alors le moyen, on pourra toujours le trouver un jour ou l'autre, non ? Si on n'a pa trouvé cela ne veut pas dire que c'est introuvable.

Sinon pour l'isolation je comprend, mais s'il y avait du vide ? Ce ne serait pas possible ?

[invitebb921944]

Un atome est constitué de plusieurs "couches" E0, E1, E2 etc... (c'est le modèle de l'atome de Niels Bohr je crois).
La couche la plus basse est E0, c'est le niveau fondamental. Si tu éclaires l'atome, que tu lui envoies des rayonnements, des électrons absorbent de l'énergie et peuvent (pas à tous les coups) sauter sur la couche E1 et ainsi de suite. Ils sont alors dans un état excité alors qu'au niveau fondamental ils sont au repos. Si un électron passe d'une couche supérieure à une couche inférieure, il perd de l'énergie et émet un rayonnement. Donc pour que tous les électrons soient au niveau fondamental, il ne faut pas qu'il puisse absorber de l'énergie mais comme il est impossible d'isoler complètement un atome, il y a toujours quelques électrons qui sont dans un état excité.

Bon je suis pas très calé en physique quantique pour le moment donc il y a surement une ou 2 erreurs mais je crois que c'est çà.

[invite62161512]

Bon d'accord, mais suposons un atome perdu au milieu de l'univers, et que, par chance, aucun rayonnement ne lui parvient. Il suffit que tous les électrons soient au niveau fondamental et il sera au zéro absolu.

Je comprends que c'est inobservable mais en théorie, pourquoi ce n'est pas possible qu'un atome ne subisse aucun rayonnement ?

[deep_turtle]

Si j'ai bien compris "état fondamental" , c'est quand les particules ne bougent pas. Bon, alors le moyen, on pourra toujours le trouver un jour ou l'autre, non ? Si on n'a pa trouvé cela ne veut pas dire que c'est introuvable.

Ganash vient d'expliquer "état fondamental". Quant au reste de ta phrase tu as raison dans le principe, on pourrait surement imaginer des moyens aujourd'hui peu réalistes pour réaliser ça.

Sinon pour l'isolation je comprend, mais s'il y avait du vide ? Ce ne serait pas possible ?

Le vide isolerait des échanges thermiques par conduction/convection, mais pas par rayonnement. Et même si tu isoles le système du rayonnement (me demande pas comment !), il reste l'interactino gravitationnelle avec le reste de l'Univers... Un système isolé, en tout rigueur ça n'existe pas !!

[invite62161512]

Là j'ai vraiment tout compris. Mais ça m'enlève plein d'illusions

[invitebb921944]

Oui on rêve tous de prendre en photo un atome à l'état fondamental au moins une fois dans notre vie, je comprends ton chagrin

[le géant vert]

Pour te rassurer Le Noob, tu peux toujours te dire ke ce sont nous les petits français qui avons le frigo (ou plutot l' horloge) le plus froid. Sauf si g loupé un métro il me semble que c'est Claude Cohen-Tannoudji (auteur du célèbre pavet de MQ) qui a réussit a fabriquer une horloge à 10^16 K. Il a d'ailleur eu le nobel pour ses travaux.

Quote Deep-turtle
Intéressant... Mais tu es bien d'accord que ce n'est qu'une sensibilisation, disons, au problème ? En effet, extrapoler la loi des gaz parfaits aux très basses températures n'est pas du tout physique puisque beaucoup de choses vont se passer quand la température va baisser (en premier lieu, ça va dévier de cette loi, puis ça va se condenser).

Je suis tout à fait d'accord avec toi. Je n'avais pas la prétention avec mon petit modèle de révolutionner la physique mais simplement de montrer que parfois (ce qui est loin de toujours être le cas) avec des outils simples et très approximatifs (voire faux dans le cas de matière super froide) on arrive aux mêmes conclusions.

[invitec3d96fbd]

SI je peux apporter ma brique au débat, j'ai quelques remarques :

Ateindre le zéro absolu pour des fermions (voir plus bas), c'est comme atteindre la vitesse de la lumière pour un corps massif : ça nécessite une dépense d'énergie infinie.

Comme vient de le faire remarquer géant vert, on sait s'en approcher de très près (je pense que tu as voulu dire 10^(-16) K ). Je te laisse la responsabilité de ces chiffres, il me semblait pour ma part qu'on en était resté à quelques millionièmes de Kelvins. Mais je ne suis pas très au fait sur ce sujet.

Si je ne m'abuse, on a néanmoins réussi à créer des condensats de Bose-Einstein au zéro absolu. Ces condensats sont des amas de bosons. Les particules sont divisées en fermions (spin demi-entier, électrons, protons, ...) et bosons (spin entier, photons, ...). En particulier, un nombre pair de fermions couplés forment un boson.
La particularité des bosons est qu'ils ne respectent pas le principe d'exclusion de Pauli et peuvent donc tous se placer sur le même état quantique. Pour refroidir les atomes du condensat, on utilise des lasers pour immobiliser des atomes (prélablement placés dans leur état fondamental je pense).

EDIT : Dans la phrase "En particulier, un nombre pair de fermions couplés forment un boson.", comment auriez-vous accordé le verbe "former" ? Avec nombre (en principe ça devrait être le cas, mais ça me praît êre une faute de sens) ou avec fermions ?

[deep_turtle]

Ateindre le zéro absolu pour des fermions (voir plus bas), c'est comme atteindre la vitesse de la lumière pour un corps massif : ça nécessite une dépense d'énergie infinie.

??? Je ne comprends absolument pas. On faire la thermodynamique d'un système de fermion, trouver l'état de température nulle, et cet état est pas séparé d'un état quelconque d'une énergie finie !

Tu veux dire que comme c'est des fermions leur état fondamental n'est pas l'état dans lequel tous les fermions sont dans le même état individuel ? Si c'est ça c'est OK mais ça n'a rien à voir avec la température, non ?

[invite62161512]

Je veux pas paraitre bête mais :

1 Je n'ai pas compris la différence entre bosons et fermions, si ce n'est que deux fermions forment un bosons dans certaines conditions.

2 Je n'ai pas compris ce qu'est un spin, je suppose que c'est ce qui différencie les deux précédents mais je suis pas sur.

3 En fait j'ai rien compris du tout

(Je rentre en TS l'année prochaine si c'est pas du tout de mon niveau vous pouvez m'envoyez paitre je vous en voudrais pas)

[deep_turtle]

Le spin, c'est une propriété quantique des particules, qui ressemble pas mal à un moment cinétique sauf que fondamentalement ça n'en est pas un. Les particules élémentaires ont un spin fixé, qui ne peut valoir qu'un multiple de hbar/2 (c'est vraiment fondamental, c'est lié au fait que quand on fait tourner un système d'un tour complet sur lui-même, et bien à la fin on le voit de la même façon qu'au début).

On peut montrer (ça s'appelle le théorème spin-statistique) que les particules qui ont un spin demi-entier (multiple impair de hbar/2) suivent la statistique de Fermi-Dirac alors que celles qui on un spin entier (multiple de hbar) suivent la statistique de Bose-Einstein. Les premiers sont des fermions et les seconds des bosons.

Cette statistique, c'est ce qui décrit ce qui se passe quand tu metsplein de ces particules ensemble pour faire de la thermodynamique...

[.:Spip:.]

et le boson est celui qui transmet les interractions (je dis ca tout petit deep turtle corrige)
Moi aussi je rentre en Tal et ce n'est pas uneraison pour etre un ignorant, tu as raison, pose toi des questions. cette soif n'a jamais tué personne.

Pour un spin 1/2, l'electron devrait faire deux fois le tour pour revenir a sa position, c'est ce qui montre que c'est une propriété intrinseque, cette rotation n'existe pas reelement

[invitebb921944]

Ce qui ne veut pas dire qu'une personne ne sachant pas ce qu'est un fermion est un ignorant...

[.:Spip:.]

Je rentre en TS l'année prochaine si c'est pas du tout de mon niveau vous pouvez m'envoyez paitre je vous en voudrais pas)

Non mais il ne voulait pas savoir si cela n'etait pas de son niveau, je ne l'ai mal dit certe mais si il veut savoir plus de choses qu'il n'hesite pas

[invite62161512]

Bon ok, merci

Sinon j'ai trouvé un lien pour la condenstaion de Bose-Einstein

http://www.lkb.ens.fr/recherche/atfr...e-einstein.htm où c'est tout bien expliqué

[le géant vert]

Oui en effet , I'm sorry il s'agt bien de 10^(-16) K

[invite74e1ed8b]

personne pour mes questions? (page1) thx

[invitec3d96fbd]

??? Je ne comprends absolument pas. On faire la thermodynamique d'un système de fermion, trouver l'état de température nulle, et cet état est pas séparé d'un état quelconque d'une énergie finie !

Tu veux dire que comme c'est des fermions leur état fondamental n'est pas l'état dans lequel tous les fermions sont dans le même état individuel ? Si c'est ça c'est OK mais ça n'a rien à voir avec la température, non ?

Non, en fait je crois que lorsque l'on essaye de faire atteindre le zéro absolu à des fermions via des transformations thermodynamiques classiques, on arrive nécessairemet à dépenser une énergie infinie pour atteindre cet état. SI je ne m'absue, l'énoncé exact et la démonstration sont dans le Landau-Lifschitz.