Les bons principes en physique

[calculair]

Il y a parmi les principes qui sont utilisés en physique celui de la conservation de l'énergie et celui de la conservation de la charge electrique.

Mais dans l'exemple suivant l'application de l'un des 2 principes ne semble pas correct.

J'ai une explication, mais pas vraiment une demonstration qui semble montrer que l'application de la conservation de l'energie n'est pas à appliquer simplement. Son application doit etre assez subtil.

Je pense que la discussion qui va suivre sera utile.

C'est le fameux problème des condensateurs L' un de capacité C est chargé sous la tension V
L'autre de capacite C ( aussi et pour simplifier ) est totalement dechargé

On relie les 2 condensateurs par des conducteurs parfaits , hyper super supra conducteur de resistance R = 0

La capacité equivalente une fois les 2 condensateurs reliés ( borne à borne ) est 2C
La tension est V/2

La charge initiale est Q = CV
La chargz finale est Q = 2C * V/2 La conservation de la charge est respectée. (Ouf !!)


L'energie initiale est E = 1/2 C V²
L'energie finale est E = 1/2 ( 2C ) V²/4

On vient de perdre 1/2 C V²/4 soit 50% de l'energie initiale, ou est donc passé cette énergie ?

Elle n'a pas disparue par effet joule car R = 0,

Elle est donc ailleurs, mais ou et comment la calculer...... ?
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[mariposa]

Il y a parmi les principes qui sont utilisés en physique celui de la conservation de l'énergie et celui de la conservation de la charge electrique.

Mais dans l'exemple suivant l'application de l'un des 2 principes ne semble pas correct.

J'ai une explication, mais pas vraiment une demonstration qui semble montrer que l'application de la conservation de l'energie n'est pas à appliquer simplement. Son application doit etre assez subtil.

Je pense que la discussion qui va suivre sera utile.

C'est le fameux problème des condensateurs L' un de capacité C est chargé sous la tension V
L'autre de capacite C ( aussi et pour simplifier ) est totalement dechargé

On relie les 2 condensateurs par des conducteurs parfaits , hyper super supra conducteur de resistance R = 0

La capacité equivalente une fois les 2 condensateurs reliés ( borne à borne ) est 2C
La tension est V/2

La charge initiale est Q = CV
La chargz finale est Q = 2C * V/2 La conservation de la charge est respectée. (Ouf !!)


L'energie initiale est E = 1/2 C V²
L'energie finale est E = 1/2 ( 2C ) V²/4

On vient de perdre 1/2 C V²/4 soit 50% de l'energie initiale, ou est donc passé cette énergie ?

Elle n'a pas disparue par effet joule car R = 0,

Elle est donc ailleurs, mais ou et comment la calculer...... ?

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Bonjour,

J'ai posé 2 ou 3 fois ce problème sur Futura et donné la solution de ce problème. tu peux donc faire une petite recherche.
.

[invité576543]

Bonjour,

(Je ne connaissais pas le problème, je réponds une idée comme ça...)

Il y a nécessairement eu un champ magnétique qui a été engendré par la circulation des charges, non? L'énergie manquante ne pourrait-elle pas être lié à cette impulsion magnétique, une émission électro-magnétique qui se diffuse au loin?

Cordialement,

[calculair]

Bonjour,

(Je ne connaissais pas le problème, je réponds une idée comme ça...)

Il y a nécessairement eu un champ magnétique qui a été engendré par la circulation des charges, non? L'énergie manquante ne pourrait-elle pas être lié à cette impulsion magnétique, une émission électro-magnétique qui se diffuse au loin?

Cordialement,

Je dirais comme toi....

Constation experimentale : Quand on ferme l'interrupteur il y a un parasite qui est reçu par le recepteur.

Mais comment calculer l'energie de cette onde pour être sur que l'energie manquante est bien là ???

Je fais une recherche comme il est suggéré.... dans le forum

Bien cordialement

[A voir en vidéo sur Futura]

[calculair]

Je me suis sans doute mal pris pour faire les recherches proposées
par " mariposa" mais je n'ai trouvé...

" je sollicite donc la haute bien veillance de mariposa pour faire un point sur ce problème ou d' indiquer ou retrouver cette discussion.

merci d'avance

[curieuxdenature]

Bonjour Calculair

j'ai un problème à te soumettre, étant donné le principe de conservation de la quantité de mouvement , P = m*v, celà annule-t-il le principe de conservation de l'énergie E = m * v² ?

Vu que m * v = (m/2) * (v*2) on se retrouve avec ton problème : puisque v devient double et que m devient une moitié,
alors on a E = 1 (= m*v²) dans un cas et E = 2 (= m/2 * (v*2)² dans l'autre.
Question : d'où vient l'énergie en trop ?

Si tu préferes une application numérique :
une jambe footbaleur de 20 kg frappe un ballon de 400 grammes à la vitesse de 0.75 m/s à quelle vitesse sera éjecté le ballon ?

20 kg * 0.75 m/s = 0.4 kg * 37.5 m/s

donc l'énergie de la jambe était de 0.5 * 20 * 0.75² = 5.625 J
et l'énergie du ballon devientra 0.5 * 0.4 * 37.5² = 281.25 J

Whaoou que vois-je ?
On m'aurait menti ?
Finalement, au lieu de pédaler sur une dynamo, je vais lui envoyer des coups de tatanes, c'est plus rentable.

[invité576543]

j'ai un problème à te soumettre, étant donné le principe de conservation de la quantité de mouvement , P = m*v, celà annule-t-il le principe de conservation de l'énergie E = m * v² ?

Vu que m * v = (m/2) * (v*2) on se retrouve avec ton problème : puisque v devient double et que m devient une moitié

Bonsoir,

Il y a un problème de notation (usuel, malheureusement).

La vitesse est un vecteur, on va le noter . L'énergie cinétique est alors , où les doubles barres indiquent la norme. La quantité de mouvement est un vecteur, .

Les deux quantités se conservent, sans qu'il y ait de contradiction. Tu pourras vérifier que les équations que tu donnes, une fois la confusion entre et corrigée, ne tiennent pas.

Cordialement,

[calculair]

Je reconnais que ta demonstration semble convaincante...

Mais rien te dit que la jambe du footbaleur transmet toute son energie dans le ballon et toute sa quantité de mouvement.

En supposant que les vitesses restent alignées pour simplifier les calculs
mj masse de la jambe
Vj1 vitesse de la jambe avant le choc sur le ballon
Vj2 vitesse de la jambe apres le choc sur le ballon

mb masse du ballon
Vb vitesse du balon aprés le choc ( avant le coup de pied le ballon est immobile sur ligne de penalti

les equations

1) convervation de la quantité de mouvement
Quantité de mouvement avant le choc = quantité de mouvement aprés le choc

mj Vj1 + mb 0 = mj Vj2 + mb Vb

mj Vj1 = mj Vj2 = mb Vb

2) conservation de l'energie
Energie avant le choc = energie aprés le choc ( au degagement de chaleur prés!!!)

1/2 mj Vj1² = 1/2 mj Vj2 ² + 1/2 mb Vb²

nous avons 2 equations et les inconnues sont Vj2 et Vb

le problème est donc parfaitement determiné. et l'energie ne s'évapore pas

ce n'est pas le cas dans le problème du condensateur................

[mariposa]

Je me suis sans doute mal pris pour faire les recherches proposées
par " mariposa" mais je n'ai trouvé...

" je sollicite donc la haute bien veillance de mariposa pour faire un point sur ce problème ou d' indiquer ou retrouver cette discussion.

merci d'avance

Désolé de t'avoir fait perdre ton temps. Toutes les questions (trop anciennes?) que j'ai ouvertes n'apparaissent plus.

donc effectivement il y a 1/4.C.V2 en énergie qui ont apparamment disparues et ton cacul est juste.

Quand on fait le calcul de décharge d'un condensateur mais en intercalant une résistance on trouve que l'énergie dissipée dans cette résistance vaut excatement 1/4.C.V2. Le principe de conservation de l'énergie fonctionne.
.
Pb: que se passe-t-il si R = 0 ? On pourrait dire que si R tend vers zéro le courant tend vers l'infini, le produit est indéterminé et donc la détermination vaut 1/4.C.V2.
;
En fait le cas R= 0 est singulier (illustration avec la supra) et donc ce n'est pas la solution.
.
remarque préliminaire: Si on relie 2 capas (inévitablement par un fil) la modélisation électrique plus vraisemblable est d'introduire une self en série pour representer le stockage électromagnétique. Vu sous cet angle on a affaire un circuit oscillant qui est une source de rayonnement. Ainsi les pertes par rayonnement vont representer la source d'énergie qui est perdue par le circuit.
.
En termes "physique" (par opposition à électronique) le courant en variant engendre un champ magnétique variable qui engendre un champ électrique variable, c'est donc bien une onde électromagnétique. Pour calculer l'énergie rayonnée il faudrait résoudre les équations de maxwell avec une source qui n'a aucune propriété de symétrie. Il reste a faire un calcul purement numérique.
.
Du point de vue entropique les électrons initiaux sont au final répartis sur une surface double ce qui correspond a une augmentation d'entropie et correspond a une irréversibilité. L'équivalent de la chaleur dissipée est le rayonnement électromagnétique qui part à l'infini et qui montre bien l'origine de l'irreversibilité.
;
La morale de l'histoire est qu'il existe de bons principes en physique dont il faut respecter leur caractères absolus lorsque l'on connait leurs limites.
La conservation de l'énergie est liée à l'invariance des lois par translation dans le temps.
.
Il existe des problèmes équivalents avec la conservation de la quantité de mouvement et la quantité de mouvement cinétique. Il y a sur Futura beaucoup de discussions sur son application dans des cas "concrets". Tu peux regarder ce gentre de discussions (si elles existent encore) avec un avertissement est que tu pourrais déclencher une guerre nucléaire. Je décline donc toute responsabilité.

[calculair]

bonjour Mariposa;
Je te remercie pour cette longue explication, avec laquelle je suis globalement d'accord.Mais je n'ai pas acquis une certitude à 100% tant que l'on a pas retrouvé par un calcul les 1/4 CV² qui se sont volatilisés dans l'univers.

Dans le cas ou le circuit entre les 2 condensateurs a une resistance R même faible. Tu trouves effectivement que cette energie est dissipée en chaleur.

Mais alors notre ami MAXWEL ne dit plus rien. J'aurais aimé et cela satisferait davantage mon sens physique que tu me dises une partie est dissipée en chaleur et autre est rayonnée par une onde electromagnetique. ( j'imagine dejà une pirouette tu diras la chaleur = onde infrarouge )

On vient de me faire le coup de la conservation de la quantité de mouvement et de l'energie. dans ce cas on calcule energie et mouvement.

Dans le cas du condensateur on suppose que l'energie est rayonnée car elle doit être quelque part. Pour être sur qu'elle est bien là il faut faire le calcul pour la retrouver. et si elle est ailleurs ? c'est avec ce type de demarche que l'on a des chances de faire des decouvertes.
Je sais que nous avons aucune chance de revolutionner la physique ici, mais ma curiosité me pousse à améliorer la maitrise de ce phénomène.

J'ai ete un peu long peu être, mais c'est genant d'avoir une description du phénomène differente selon la manière dont est conduite l'expérience...

Même si ton explication ne me satisfait pas encore à 100 % je te remercie pour tes explications detaillées, mais je reste curieux et interessé à toute nouvelle contribution

bien cordialement

[inviteaccb007d]

Bonjour,

On a un déplacement de charges du 1er condensateur vers le deuxieme.
A l'équilibre, comment montres-tu que la tension aux bornes des condensateurs est V/2 ?

Quelles sont les charges qui sont présentes sur tes armatures à l'état initial et à l'état final ?

A mon avis le problème vient de la.


Cordialement,

[inviteaccb007d]

Oups !!! j'ai dit des grosses betises

[calculair]

Bonjour,

On a un déplacement de charges du 1er condensateur vers le deuxieme.
A l'équilibre, comment montres-tu que la tension aux bornes des condensateurs est V/2 ?

Quelles sont les charges qui sont présentes sur tes armatures à l'état initial et à l'état final ?

A mon avis le problème vient de la.


Cordialement,

Cela me parait decouler du principe de la conservation des charges

Etat initial
C1 chargé sous la tension V1 sa charge est donc Q1 = C1 V1

Le condensateur C2 = C1 est dechargé sa tension aux bornes est V2 = 0
la charge est Q2 = C2 V2 = 0


On branche en parallèle C2 dechargé sur C1 chargé

La capacité equivalente est C = C1 + C2

La charge globale est Q1 car conservation de la charge

La tensionaux bornes est V telque Q1 = (C1+C2) V = 2C1 V
d'ou V = Q1 /2C1 et donc V = V1 /2

[calculair]

Oups !!! j'ai dit des grosses betises

Pas grave et déjà pardonné........

[mariposa]

bonjour Mariposa;
Je te remercie pour cette longue explication, avec laquelle je suis globalement d'accord.Mais je n'ai pas acquis une certitude à 100% tant que l'on a pas retrouvé par un calcul les 1/4 CV² qui se sont volatilisés dans l'univers.

Dans le cas ou le circuit entre les 2 condensateurs a une resistance R même fu trouves effectivement que cette energie est dissipée en chaleur.

Mais alors notre ami MAXWEL ne dit plus rien. J'aurais aimé et cela satisferait davantage mon sens physique que tu me dises une partie est dissipée en chaleur et autre est rayonnée par une onde electromagnetique. ( j'imagine dejà une pirouette tu diras la chaleur = onde infrarouge )

.


Les 1/4.C.V2 s'évaporent en ondes électromagnétiques uniquement lorsque le conducteur est supraconducteur. Dans le cas où R est faible les 1/4.C.V2 se répartissent entre pertes joules et pertes par rayonnement. Quand au calcul il est possible en principe de le faire car le problème est complétement déterminé.
.
Une solution analytique pourrait peut-être envisagée dans le cas où les 2 capacités seraient reliés par 2 longs fils paralléles de sorte a pouvoir calculer le rayonnement sur cette géométrie simple.


J'espère que cela répond mieux a ta question et satisfait ton sens physique.

[obi76]

houla c'est plus complexe que je le croyais.

Traduction : quelque soit la géométrie des cables entre les 2 condos, la perte sera la même ?? Pourtant un champ magnétique dépend fortement de la géométrie de ce qui la créé.

De plus créer un champ magnétique nécessite de l'énergie ?
Pour moi ça ne nécessitait de l'énergie que pour fournir un travail à quelque chose (idée perso mais sans doute fausse)...

[mariposa]

houla c'est plus complexe que je le croyais.

Traduction : quelque soit la géométrie des cables entre les 2 condos, la perte sera la même ?? Pourtant un champ magnétique dépend fortement de la géométrie de ce qui la créé.

Uniquement si les cables sont supraconducteurs. dans ce cas là les seules pertes possibles sont le rayonnement.

[obi76]

Pour créer un champ magnétique il faut une énergie ?????? (jem e répète sans doute mais bon).

Donc dans les RMN il faut de l'énergie pour créer un champ magnétique. Pourtant je me souviens d'une expérience ou une fois une bobine supraconductrice parcourue par un courant, on pouvait la court-circuiter et le courant à l'intérieur ne s'arrêtait pas => le champ magnétique est constant (en durée).

Comment expliquez vous ça ?

[calculair]

Je me suis imaginé une autre experience ou j'elimine les fils.....
Je prend in condensateur plan d'armature de surface S et espacé de e. Ce condensateur est chargé sous la tension V.
L'energie enmagasinée est T1 = 1/2CV²

J'eloigne ensuite les 2 armatures de e à 2e . Je founi le travail T'

Le condensateur a gardé sa charge Q mais sa capacité à diminuée de moitié

La nouvelle energie enmagasinée est T2 = 1/2 C2 V2²

Le calcul est fait dans les documents joints

T2 > T' + T1 sauf erreur de ma part !!!!!!!!! cette fois l'univers aurait apporté une part de son enegie ? mystère ....

[YBaCuO]

Le condensateur a gardé sa charge Q mais sa capacité à diminuée de moitié

Si la capacité diminue de moitié alors la tension double. Au final l'énergie double.

[calculair]

Si la capacité diminue de moitié alors la tension double. Au final l'énergie double.

oui est le travail mecanique fournie ou tu le mets maintenant......

[juliendusud]

L'energie initiale est E = 1/2 C V²
L'energie finale est E = 1/2 ( 2C ) V²/4

On vient de perdre 1/2 C V²/4 soit 50% de l'energie initiale, ou est donc passé cette énergie ?

Elle n'a pas disparue par effet joule car R = 0,

Elle est donc ailleurs, mais ou et comment la calculer...... ?

C'est le problème de l'écluse. Quand tu ouvres la vanne l'énergie potentielle totale de l'eau diminue. Mais où va l'énergie?

[calculair]

C'est le problème de l'écluse. Quand tu ouvres la vanne l'énergie potentielle totale de l'eau diminue. Mais où va l'énergie?

Ton calcul est correct, nous ne reflechissons pas au problème de l'ecluse et de l'energie emportée par l'eau.

Le cas du condensateur ne me parait pas simple. A force de declarer que l'energie est là ou la bas sans demontrer vraiment, on fini par supposer et finalement à ne plus savoir..........

La reflexion est vachement interessante...

[YBaCuO]

oui est le travail mecanique fournie ou tu le mets maintenant......

T2=T1+T'
En diminuant C de moitié, T2=2 T1.
Le travail fourni T' est alors égal à T1

Concernant la question initiale, elle a posé des problèmes à plus d'un :
http://forums.futura-sciences.com/sh...d.php?t=162370
http://forums.futura-sciences.com/showthread.php?t=2101

[calculair]

T2=T1+T'
En diminuant C de moitié, T2=2 T1.
Le travail fourni T' est alors égal à T1

Concernant la question initiale, elle a posé des problèmes à plus d'un :
http://forums.futura-sciences.com/sh...d.php?t=162370
http://forums.futura-sciences.com/showthread.php?t=2101

voir - 6 echanges avant celui ci sauf erreur dans mon calcul je trouve que j'ai trop d'energie quand je diminue la capacité....

Les reponses ne sont pas totalement satisfaisantes.

On a bien le droit de faire les calculs avec des fils non resistifs ou des connections non selfiques .

[YBaCuO]

Pour le calcul de T1, il manque un carré au Q.
Pour le calcul de T', il manque un facteur 1/2, la raison est assez subtile.
Pour comprendre d'où vient ce 1/2, considérons que les charges sur les armatures sont disposées sur une certaine épaisseur. Alors les charges dq situées directement sur la face interne de l'armature subissent une force égale à F=dq*E. En revanche les charges situées plus en retrait voient un champ électrique plus faible car écranté par les charges situé plus au devant de l'armature. Les charges les plus éloignées voient même un champ nul. En intégrant alors sur l'épaisseur, on trouve F=1/2 Q*Eint.

[inviteaccb007d]

Le problème du calcul vient du fait que l'armature fixe (1) de ton condensateur créé un champ électrique au voisinage de l'armature 2 qui s'écrit :
qui a pour effet d'exercer une force sur l'armature 2 et donc ton travail T' qui vaut alors :
...

[calculair]

Pour le calcul de T1, il manque un carré au Q.
Pour le calcul de T', il manque un facteur 1/2, la raison est assez subtile.
Pour comprendre d'où vient ce 1/2, considérons que les charges sur les armatures sont disposées sur une certaine épaisseur. Alors les charges dq situées directement sur la face interne de l'armature subissent une force égale à F=dq*E. En revanche les charges situées plus en retrait voient un champ électrique plus faible car écranté par les charges situé plus au devant de l'armature. Les charges les plus éloignées voient même un champ nul. En intégrant alors sur l'épaisseur, on trouve F=1/2 Q*Eint.

Je suis d'accord , j'aurais du me relire plus attentivement pour le carré de la charge par contre ton explication sur la repartition volumique des charges ne me satisfait pas pour les conducteurs parfaits. Ton eexplication conduit à ce qu'il existe un champ electrique à l'interieur d'un conducteur parfait qui de plus est au même potentiel.....
Es tu toujours convaincu par ton explication ?

Bien cordialement

[calculair]

Le problème du calcul vient du fait que l'armature fixe (1) de ton condensateur créé un champ électrique au voisinage de l'armature 2 qui s'écrit :
qui a pour effet d'exercer une force sur l'armature 2 et donc ton travail T' qui vaut alors :
...

Il faut que je reflechisse un peu...

Il me semble que le champ E a l'interieur du condensateur plan est homogène et E = densite surfacique des charge / epsilon ° pour l'air ou le vide.

Il faut que je passe de il me semble à j'affirme, mais pour ça il me faut un peu de temps, a moins que tu m'aides un peu ( je n'ai aucun bouquin sous la main)

bien cordialement

[calculair]

Il faut que je reflechisse un peu...

Il me semble que le champ E a l'interieur du condensateur plan est homogène et E = densite surfacique des charge / epsilon ° pour l'air ou le vide.

Il faut que je passe de il me semble à j'affirme, mais pour ça il me faut un peu de temps, a moins que tu m'aides un peu ( je n'ai aucun bouquin sous la main)

bien cordialement

Si je me souviens le flux du champ E a travers une surface fermée est somme des charges interieures divisée par epsilon °

Le champ à l'interieur du condensateur est forcement Q/(S epsilon °)

Tu prends une surface qui passe entre les armaturee et entoure 1 des 2 plaques. Le champ est nul à l'exterieur du condensateur;

Alors ES = Q/epsilon ° et E = Q/( S epsilon °) = densite surfacique/ espsilon+

Es tu OK avec ce raisonnement ? ton coef 1/2 me gène donc ???