Question sur le système solaire et les atomes

[adr057]

Bonjour,
Voila j'ai une question sur la gravitation et l'électromagnétisme. Si le soleil exerce une force d'attraction gravitationelle sur la terre, pourquoi la terre tourne-t-elle autour du soleil et ne s'écrase-t-elle pas contre lui. Par la même pourquoi les éléctrons se situant en périphérie du noyau ne s'écrasent-ils pas contre lui si le nuage électronique et le noyau ont des charge électriques opposées ?

Merci d'avance pour vos réponses.

[mbochud]

Bonjour,

La terre tombe sur le soleil en ratant continuellement sa cible.
Voir : canon de Newton

http://www.lesia.obspm.fr/~crovisier/JV/verne_CI.html


PS. Avec la relativité générale l'interprétation est différente.

[inviteca4b3353]

Si le soleil exerce une force d'attraction gravitationelle sur la terre, pourquoi la terre tourne-t-elle autour du soleil et ne s'écrase-t-elle pas contre lui.

Parce que la terre a une vitesse tangentielle non nulle. Ce qui fait que grace à l'inertie, celle ci s'éloigne du soleil en ligne droite tout en tombant sur le soleil en meme temps à cause de l'attraction gravitationnelle, le résultat de ces deux effets est une trajectoire circulaire.

[inviteca4b3353]

pourquoi les éléctrons se situant en périphérie du noyau ne s'écrasent-ils pas contre lui si le nuage électronique et le noyau ont des charge électriques opposées ?

La c'est completement différent. Les électrons doivent être décrit par la mécanique quantique, et celle-ci de par sa dynamique (tres différente de la mécanique classique qui régit le systeme solaire) autorise des orbites stables pour des valeurs précises de la distance au noyau. Néanmoins on retrouve quelques peu les memes ingrédient que pour la terre autour du soleil, l'électron doit avoir une énergie cinétique pour ne pas s'écraser sur le noyau, cette énergie cinétique est nécessairement non nulle dans le cas de l'électron car la mécanique quantique (inégalité d'heisenberg) augmentera nécessairement le mouvement de l'électron si ce dernier s'approche du noyau. Ainsi le noyau est stable.

[A voir en vidéo sur Futura]

[inviteb69fb0b4]

Bonjour,

l'électron doit avoir une énergie cinétique pour ne pas s'écraser sur le noyau, cette énergie cinétique est nécessairement non nulle dans le cas de l'électron car la mécanique quantique (inégalité d'heisenberg) augmentera nécessairement le mouvement de l'électron si ce dernier s'approche du noyau. Ainsi le noyau est stable.

si j'ai bien compris, l'éléctron qui se rapprocherait de son noyau aurrait donc tendance à avoir une position connue (près du noyau), ce qui implique (inégalité de Heisenberg) que sa vitesse augmente, et donc qu'il "s'échappe" de cet endroit...ensuite, logiquement, il s'éloigne du noyau, perd de sa vitesse donc retombe sur le noyau, et ainsi de suite jusqu'à se stabiliser sur une orbite moyenne stable.

questions:

1-Les couches electroniques se trouvent elles toujours à distance moyenne contante du noyau ou celà dépend-t-il de l'energie que peut recevoir l'éléctron, notament par l'influence du milieu environnant(temperature, photon)?

2-Je lis sur un autre fil ( http://forums.futura-sciences.com/showthread.php?t=5205 ) le passage suivant (entre autres):

Mais des que tu parles de particules quantiques, la question n'a aucun sens: un electron quantique n'a pas de position (et pas plus de trajectoire) tant que tu ne la mesures pas. En revanche, des que tu fais une mesure, tu peux le trouver n'importe ou, meme a l'autre bout de l'Univers ou a l'interieur du noyau

c'est serieux? meme si c'est tres improbable, comment l'éléctron arrive t il à "l'autre bout de l'univers", et comment en repars t il?

merci

[inviteca4b3353]

si j'ai bien compris, l'éléctron qui se rapprocherait de son noyau aurrait donc tendance à avoir une position connue (près du noyau), ce qui implique (inégalité de Heisenberg) que sa vitesse augmente, et donc qu'il "s'échappe" de cet endroit...ensuite, logiquement, il s'éloigne du noyau, perd de sa vitesse donc retombe sur le noyau, et ainsi de suite jusqu'à se stabiliser sur une orbite moyenne stable.

Avec les mains oui, la mécanique quantique nous dit également que cette stabilisation ne peut se faire n'importe ou, mais uniquement en des distances précises.

1-Les couches electroniques se trouvent elles toujours à distance moyenne contante du noyau ou celà dépend-t-il de l'energie que peut recevoir l'éléctron, notament par l'influence du milieu environnant(temperature, photon)?

Tout en gardant à l'esprit qu'on parle de probabilité de présence, ca dépent surtout du moment cinétique de l'électron, ie de l'orbitale considérée. Certaine sont sphériques (la probabilité ne dépend que du rayon) et d'autres ont des formes plus ou moins distordues dans une ou plusieurs directions (la probabilité dépend aussi des angles azimutaux).

Ensuite l'electron peut changer d'orbitale en recevant de l'énergie (puis en en cédant) au milieu environnant, vibration du réseau cristallin (dans un solide par exemple) ou encore suite à un éclairement avec un rayonnement adapté en fréquence (dans un gaz par exemple).

Mais des que tu parles de particules quantiques, la question n'a aucun sens: un electron quantique n'a pas de position (et pas plus de trajectoire) tant que tu ne la mesures pas

C'est faux de dire qu'il n'y a pas de position ni de vitesse pour un électron. Ce qui est juste c'est qu'il n'y a pa de position ni de vitesse déterminée et infiniment précises de l'électron, il y a donc une distribution de probabilité. Et on peut construire des moyennes, donc parler de position et de vitesse a toujours un sens, néanmoins en MQ il faut garder à l'esprit que les écarts à la moyenne sont essentiels.
Le probleme de la définition de la trajectoire provient du fait qu'une trajectoire est définie par une donnée précise à la fois de la position et de la vitesse en ce point, cette double précision n'est pas accessible en MQ.

c'est serieux? meme si c'est tres improbable,

comment l'éléctron arrive t il à "l'autre bout de l'univers", et comment en repars t il?

il n'y va pas, il a juste une probabilité d'y être déjà. C'est très différent. Pour parler de déplacement (l'électron va à l'autre bout de l'univers) il faut savoir qu'il est sur terre juste avant. Si c'est le cas, alors la probabilité qu'il est à l'autre bout de l'univers sachant que l'instant d'avant il était sur terre est quasi nulle (en tout cas beaucoup beaucoup plus faible que dans le cas ou je ne savais pas ou il se trouvait juste avant).
Il faut retenir qu'on parle de probabilité de présence et non de probabilité d'aller ou de revenir ici et la. C'est tres différent.

[invite0e4ceef6]

hm, qu'est-ce qui démontre que l'electron soit en mouvement autour du noyau?? est-ce une supposition théorique, ou une réalité??

[inviteca4b3353]

hm, qu'est-ce qui démontre que l'electron soit en mouvement autour du noyau??

il a une énergie cinétique : p^2/2m et p est nécessairement non nul (cf inégalité d'Heisenberg).

[mbochud]

Je complète sur la première partie de ta question initiale. (mécanique classique).

"Si le soleil exerce une force d'attraction gravitationelle sur la terre, pourquoi la terre tourne-t-elle autour du soleil et ne s'écrase-t-elle pas contre lui?"

1 Le soleil exerce une force d'attraction sur la terre orientée vers lui.
2 La force gravitationnelle est : F_g= m g où F et g sont des vecteurs orienté dans la même direction (le soleil).
3 Si la terre a donc une accélération continue vers le soleil , il devrait finir par le toucher!

L'accélération (variation de vitesse) peut prendre 2 formes.

a) la variation du module ( grandeur) vitesse.
b) la variation de la direction de la vitesse ( grandeur constante dans une orbite circulaire).
Si l'on soustrait 2 vecteurs vitesse dans une orbite circulaire (module constant) pris à des instants légèrement différents , le résultat est un vecteur orienté vers la Soleil.
C'est ce que l'on appelle accélération centripète (orienté vers le centre).

Cela complétera ma réponse précédente un peu laconique.

[invite0e4ceef6]

il a une énergie cinétique : p^2/2m et p est nécessairement non nul (cf inégalité d'Heisenberg).

hm, et comment tu la mesure cette vitesse, sur les orbitales ou en dehors(arrachement)??

quand a l'energie cinétique pour de tel objet, l'on pourrait tout a fait avoir l'energie correspondante a une onde.
la particule n'etant que le quanta "mesurable" de cette onde.

j'arrive pas a m'y faire en fait, a ce modèle modifié de ruterford, par bohr.
j'ai toujours pensé que le deplacement de l'electron etait une hyppothèse inutile.
et pour l'instant je suis pas trop convaincu par ce qui se dit ça et là..

[inviteca4b3353]

hm, et comment tu la mesure cette vitesse, sur les orbitales ou en dehors(arrachement)??

On ne l'a mesure pas, si l'électron n'était pas en mouvement sa probabilité de présence serait concentrée sur le noyau, or la mécanique quantique impose que ce dernier en soit relativement éloigné (le pic de la distribution de probabilité est écarté du noyau). Ce qui signifie que l'électron à une vitesse (ie une énergie cinétique) qui lui permet de ne pas tomber sur le noyau.

quand a l'energie cinétique pour de tel objet, l'on pourrait tout a fait avoir l'energie correspondante a une onde.
la particule n'etant que le quanta "mesurable" de cette onde.

Dans ce formalisme, la particule n'est pas le quanta d'une onde (et encore moins de la fonction d'onde !) , on est pas en TQC. Ensuite je ne vois pas ce que ca apporte de voir l'électron comme une onde ou une particule dans ce cas la. Peu importe, l'électron a une énergie cinétique.

j'ai toujours pensé que le deplacement de l'electron etait une hyppothèse inutile.

Loin de la. Supprime l'énergie cinétique de l'électron et résoud l'équation de Schodinger (qui est une simple équation algébrique dans ce cas la), et tu vas trouver que l'électron est sur le noyau la ou l'attraction est la plus forte.
Bref ce n'est pas bien différent de la mécanique classique, pas d'énergie cinétique pas d'état lié stable.

[invite0e4ceef6]

On ne l'a mesure pas, si l'électron n'était pas en mouvement sa probabilité de présence serait concentrée sur le noyau, or la mécanique quantique impose que ce dernier en soit relativement éloigné (le pic de la distribution de probabilité est écarté du noyau). Ce qui signifie que l'électron à une vitesse (ie une énergie cinétique) qui lui permet de ne pas tomber sur le noyau.

c'est bien ce que je pensais, on est toujours a la représentation de l'atome de rutherford modifié:
le parradigme est:
il est necéssaire pour que l'electron ne tombe pas sur le noyau que celui-ci est une vitesse..
ensuite tout s'enchaine.

mais l'on sais aujourd'hui, que l'electron n'est pas qu'une particule, et qu'il n'a pas forcement "besoin" d'etre particulaire. il peux tout aussi bien etre une onde. et rien qu'une onde. c'est à adire pas de masse propre tant qu'il n'est pas mesuré.
il existe un autre mode de représentation possible (a mon gout)
l'electron n'est qu'un quanta d'energie, chaque orbitale peux recevoir x quant-ité d'energie. le tout sous la forme d'une onde equidistante au noyau.
chaque orbitale formant une simple sphère vibrante autour du noyau.

de fait pas besoin de chercher la position et la vitesse d'un être qui s'étale sur toute l'orbitale. ou de l'ensemble de ces etres-quantique qui ne sont qu'une quantité possible d'un niveau d'energie sur l'orbitale.

de plus toute les représentation des orbitales tendent a faire de cela un nuage electronique, en la représentant par des sphères, ou des harmoniques vibratile complexe.

que le quanta puisse avoir un mode particulaire en dehors du noyau, why not, autour du noyau, cette necessité est somme toutes assez floue, par hyper hyper justifiable aujourd'hui.

du moins je n'ai rien trouvé quand a d'autre possible modèle de l'electron, qui ne reprenne pas ce parradigme, d'une particule ayant de fait une position et une vitesse.

[inviteca4b3353]

l'atome de rutherford modifié:

Je ne sais pas ce que tu veux dire exactement par Rutherford modifié (atome de Bohr ?). Mais ce que je t'ai décrit, c'est la vision MQ, ou l'électron est décrit par sa fonction d'onde (c'est une version nettement amélioré du modèle de Bohr notamment).

mais l'on sais aujourd'hui, que l'electron n'est pas qu'une particule, et qu'il n'a pas forcement "besoin" d'etre particulaire. il peux tout aussi bien etre une onde. et rien qu'une onde. c'est à adire pas de masse propre tant qu'il n'est pas mesuré.

Mais meme s'il s'agit d'une onde, cette dernière aura une certaine inertie freina sa propagation, cad que les excitations de l'onde (les électrons) auront une masse.

l existe un autre mode de représentation possible (a mon gout)
l'electron n'est qu'un quanta d'energie

l'énergie pure (complètement détachée d'une forme matérielle) n'existe pas en physique, c'est une grandeur caractérisant un système (au repos ou subissant une transformation), pas un système lui-meme. On parlera toujours donc de l'énergie de quelque chose. Donc ce n'est pas un mode de représentation possible.
sur ceux...

de fait pas besoin de chercher la position et la vitesse d'un être qui s'étale sur toute l'orbitale. ou de l'ensemble de ces etres-quantique qui ne sont qu'une quantité possible d'un niveau d'energie sur l'orbitale.

...si l'électron est une onde, cette dernière aura de toute facon une énergie cinétique. Quelque soit la représentation que tu utilises pour l'électron, il faut une énergie cinétique (un mouvement) pour stabiliser l'atome.

Ensuite, la mécanique quantique ne dit exactement que l'électron est étalé dans toute l'orbitale. L'orbitale désigne la distribution de probabilité de présence de l'électron (ce n'est pas une orbite!), à ce dernier il peut toujours etre associé une position ou une vitesse, néanmoins elle ne pourra a priori pas etre déterminée (d'ou la notion d'orbitale traduisant les diverses possibilité pour la position).

[invite0e4ceef6]

atome de rutherford modifié, = parradigme baé sur l'annalogie planétaire de la structure de l'atome. suposant que pour toute particule corresponde de fait, une position et une vitesse.. logique
.. finalement la quantique repose sur ce parradigme du moins pour l'atome, puisqu'il y est encore question de vitesse et de particule, ou de quanta selon l'humeur.

...si l'électron est une onde, cette dernière aura de toute facon une énergie cinétique. Quelque soit la représentation que tu utilises pour l'électron, il faut une énergie cinétique (un mouvement) pour stabiliser l'atome.

tout a fait d'accord avec toi, mais la vitesse peut-etre celle de sa propre fréquence.. avec une amplitude de l'onde en fonction du nombre de quanta electronique.
quand au mouvement pour stabilisé l'atome, je dirais surtout que se sont les niveau d'energie qui le stabilise, pas le mouvement ou la vitesse en soit, mais bien plutôt la fréquence de l'orbitale et son niveau d'energie. c'est a dire le nombre de quantas dont l'onde "unique" de l'orbitale est faite.

la notion de quantas ne me gène pas, bien que le fait que le quantas puisse sauter d'une orbitale a une autre soit un brin "pénible"
mais il me semble réellement que vouloir chercher une particule, et de là la position et sa vitesse, et d'intégrer quelquechose qui peut-etre n'existe pas réellement sous cette fome autour du noyau, me pose un réel problème quand a savoir si un gros problème de la quantique viendrais de la volonté d'avoir trouvé un formalisme adéquat(probabilité) pour démontrer un parradigme douteux.

un peu comme chercher le coin et la vitesse de déplacement d'une pièce sphérique. les probabilités sont certainement le meilleur moyen de résoudre, ce qui de nature n'est pas résolvable. les proba sont très utile pour étudierles système tel que le dé, ou l'on doit trouver la possibilité de survenue d'un evenement n'entrant pas en compte dans le système physique.
par exemple, un dé, chaque face est équiprobable, le système physique "dé" ne connait que cette équiprobalité physique.. la proba est de 100% pour dire que le dé se positioneras sur une face.
mais par contre si tu numérotes les face du cube-dé, là tu éssaye de faire dire a un système physique une réalité que tu lui plaque dessus, les 6 chiffres.
et là tu a un beau système plus ou moins hasardeux, le dé continue toujours de se comporter comme un cube, mais toi tu attend qu'il se comporte comme un dé a jouer..

et je suis pas loin de penser que si la quantique a besoin de ce formalisme probabilistique c'est qu'elle plaque un parradigme, une annalogie qui ne correspond pas a la réalité physique de ce système. et tente de calculer des position et vitesse alors que celle-ci ne font pas partie de ce système physique, mais bien du système représentationel de l'atome..

[invite63840053]

l'énergie pure (complètement détachée d'une forme matérielle) n'existe pas en physique, c'est une grandeur caractérisant un système (au repos ou subissant une transformation), pas un système lui-meme. On parlera toujours donc de l'énergie de quelque chose. Donc ce n'est pas un mode de représentation possible.
sur ceux...

Quand est-il des ondes électromagnétiques et du photon ?