e=mc², vi, et alors?

[invite084c752c]

Hello à tous

Bon, question,

Papa Enstein nous a donné une belle formule reliant masse et énergie. Super cool.

A priori, si on regarde cette formule, c'est génial, parce que si on casse quelque chose, on a un dm qui correspond à un de enorme.

Sauf que quand je casse n'importe quoi, ça fait pas hiroshima entre mes main!

Comment s'applique cette formule? Pourquoi lorsque que l'on casse un atome, il dégage beaucoup d'énergie, mais si on casse un empilement d'atome, il ne se passe rien?

Quelle quantité d'énergie il faut pour casser un atome, ou plutot, comment on calcule ça?

Dans une centrale nucléaire, lors de la fission, l'énergie libérée est due à cette équation? Cette énergie ne se libère que sous forme de chaleur?

Merci!
-----

[Thwarn]

Bonjour,

La difference entre l'energie liberée par le cassage d'un atome (ou plutot d'un noyau, car le cassage d'un atome ne donne pas beaucoup d'énergie non plus) et d'un ampilement d'atome est du a la difference d'energie de liaison entre les constituant.
En effet, l'energie de liaison des noyaux est énorme (de l'ordre du MeV) tandis que celle des empilements d'atome est de l'ordre de l'eV (1000000 de fois plus petit). Ceci explique cela

Pour caculer l'énergie de liaison d'un atome, on resoud l'équation de Schrodinger (par exemple pour l'atome d'hydrogene, on sait le faire analytiquement, c'est de l'ordre de l'eV aussi). Pour les noyaux, on fait des modéle qu'on essaye de fitter avec l'experience, donc c'est plus des mesures que de vrais calcules ab initio.

[clinon]

Salut,
E:energie
m:masse
C:celerité de la lumiere.
2l'energie est proportionelle au carré de la vitesse).
l'atome est un element tres petit donc pour le garder sans diffusion il faut une tres grand force (une attirance) sans ca la matiere ne peut pas garder ses caracteristiques .
Pour casser l'atome il faut seulement grandir son volume par la radioactivité.
a bientot

[Thwarn]

Salut,
E:energie
m:masse
C:celerité de la lumiere.
2l'energie est proportionelle au carré de la vitesse).
l'atome est un element tres petit donc pour le garder sans diffusion il faut une tres grand force (une attirance) sans ca la matiere ne peut pas garder ses caracteristiques .
Pour casser l'atome il faut seulement grandir son volume par la radioactivité.
a bientot

Ne veut absolument rien dire...

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite084c752c]

Pour caculer l'énergie de liaison d'un atome, on resoud l'équation de Schrodinger (par exemple pour l'atome d'hydrogene, on sait le faire analytiquement, c'est de l'ordre de l'eV aussi). Pour les noyaux, on fait des modéle qu'on essaye de fitter avec l'experience, donc c'est plus des mesures que de vrais calcules ab initio.

Qqs eV pour casser un noyaux? Mais pourquoi alors faut il mettre en oeuvre des accélérateurs superpuissants pour casser la matière?

Et un autre truc que je ne comprends pas, l'énergie qu'on apporte pour casser un noyau est inférieure à l'énergie que ce noyau va libérer un fois cassé? On gagne plus que ce que l'on donne? Ce serait trop beau!... ^^

Excusez mes pauvres connaissances en radioactivité...

[mach3]

Qqs eV pour casser un noyaux?

non il parle d'arracher un electron, pas de casser un noyau.

l'énergie qu'on apporte pour casser un noyau est inférieure à l'énergie que ce noyau va libérer un fois cassé? On gagne plus que ce que l'on donne?

ca dépend de la réaction. Les fusions entre éléments moins lourd que le fer et les fission d'éléments plus lourd que le fer apporte de l'énergie, les autres réactions en consomme. Le Fer à la plus petite énergie de liaison par nucléon.

m@ch3

[invité576543]

Bonjour,

A priori, si on regarde cette formule, c'est génial, parce que si on casse quelque chose, on a un dm qui correspond à un de enorme.

Non. Parce que les morceaux ont une masse eux aussi!

Comment s'applique cette formule? Pourquoi lorsque que l'on casse un atome, il dégage beaucoup d'énergie, mais si on casse un empilement d'atome, il ne se passe rien?

Dans tous les cas ça dépend des morceaux!! L'énergie dégagée c'est mc² du machin avant MOINS le mc² des morceaux après. Si le total de la masse des morceaux est égal à la masse du machin avant, ça fait 0 d'énergie dégagée.

Quelle quantité d'énergie il faut pour casser un atome, ou plutot, comment on calcule ça?

Ca dépend des morceaux qui restent. "Casser un atome", c'est assez vague comme notion, non?

Dans une centrale nucléaire, lors de la fission, l'énergie libérée est due à cette équation?

Non. Aucune équation n'est cause d'une énergie libérée (sauf peut-être dans le cerveau de ceux qui l'ont pondue, ou de ceux qui cherchent à la comprendre )

L'énergie libérée dans une fission est due à ce que les nucléons sont moins fortement liés dans un atome d'uranium que dans les atomes résultat de la fission.

---

Tout dégagement d'énergie (i.e., toute variation d'un système avec évacuation d'énergie en dehors du système) se traduit par une baisse de masse du système. Rien de spécifique au nucléaire, c'est vrai pour des réactions chimique, ou tout autre cause de dégagement d'énergie, quelle qu'elle soit.

Cette énergie ne se libère que sous forme de chaleur?

L'énergie libérée prend diverses formes, avec changement dans le temps. Dans une explosion atomique, une partie est sous forme lumineuse, ou d'onde de choc, par exemple.

Dans un réacteur, on se débrouille pour que l'énergie libérée finisse sous forme de chaleur dans le circuit de refroidissement.

Cordialement,

[invite49abae58]

bjr

"Tout dégagement d'énergie (i.e., toute variation d'un système avec évacuation d'énergie en dehors du système) se traduit par une baisse de masse du système. Rien de spécifique au nucléaire, c'est vrai pour des réactions chimique, ou tout autre cause de dégagement d'énergie, quelle qu'elle soit.
"

je suis très étonné par cette phrase : il me semble au contraire qu'il y a une différence fondamentale entre la réaction chimique (réarrangement des liaisons entre atomes) qui conserve la masse (produits initiaux/produits finaux) et la réaction nucléaire qui suppose au contraire une perte de masse à l'origine de la production d'énergie par l'équivalence E=mc²
bye wyd

[Gwyddon]

Sauf qu'en fait les réactions chimiques, en toute rigueur, ne conservent pas la masse

Mais les différences sont infimes, donc en chimie on considère qu'il y a conservation de la masse (d'ailleurs en toute rigueur, la masse d'un atome doit être défini comme la masse de l'atome dans son état fondamentale car le même atome, dans un état excité, n'a plus la même masse puisque les électrons ne sont plus sur les mêmes couches, donc l'énergie de liaison est différente or elle est responsable d'une partie (infime certes) de la masse de l'atome).

Michel a donc parfaitement raison.

[invité576543]

je suis très étonné par cette phrase : il me semble au contraire qu'il y a une différence fondamentale entre la réaction chimique (réarrangement des liaisons entre atomes) qui conserve la masse (produits initiaux/produits finaux) et la réaction nucléaire qui suppose au contraire une perte de masse à l'origine de la production d'énergie par l'équivalence E=mc²

Je sais bien que c'est présenté comme cela un peu partout (y compris la notion d'origine de la dernière phrase), et à commencer par l'enseignement au lycée, quand on est confronté la première fois au sujet.

Mais ça n'empêche pas que ça ne colle pas avec la théorie de la relativité restreinte d'où est tiré E=mc². Celle-ci amène la règle générale (et pas vraiment compliquée!) que j'ai exprimée et qui t'as fait réagir.

Ce que tu décris est une "simplification", un ensemble de court-circuits conceptuels, qui, tant qu'on discute superficiellement ne sont pas gênants, mais le deviennent dès qu'on cherche à creuser un peu plus loin.

Cordialement,

[invitec053041c]

Je sais bien que c'est présenté comme cela un peu partout (y compris la notion d'origine de la dernière phrase), et à commencer par l'enseignement au lycée, quand on est confronté la première fois au sujet.

Mais ça n'empêche pas que ça ne colle pas avec la théorie de la relativité restreinte d'où est tiré E=mc². Celle-ci amène la règle générale (et pas vraiment compliquée!) que j'ai exprimée et qui t'as fait réagir.

Ce que tu décris est une "simplification", un ensemble de court-circuits conceptuels, qui, tant qu'on discute superficiellement ne sont pas gênants, mais le deviennent dès qu'on cherche à creuser un peu plus loin.

Cordialement,

Chuchottez, pauvre fou ! Vous voyez pas que Lavoisier nou écoute . (il va mieux, je l'ai calmé..)

J'aurais en tout cas appris quelque chose de très intéressant en ce dimanche pascal.
Sur ce, bon chocolat à vous tous .

[GillesH38a]

d'où le petit problème : une grosse bûche pèse-t-elle plus ou moins lourd que le même bois débité en allumettes? dégage-t-elle plus ou moins de chaleur en brulant ?

Cdt

Gilles

[invite084c752c]

Ben en tout cas, une grosse buche pèse moins lourd que ses cendres! ('fin, normalement, puisque si la buche est brulée, elle a dégagé de l'energie donc...)

[invite49abae58]

hello
oui Ok michel, je veux bien,il y a peut-être eu des simplifications .Je ne suis pas un spécialiste de la relativité,et mon niveau en chimie est sans doute insuffisant pour percevoir toutes les subtilités de la matière, mais je cherche à comprendre.
Voici quelles sont mes objections:

quand tu dis "Tout dégagement d'énergie (i.e., toute variation d'un système avec évacuation d'énergie en dehors du système) se traduit par une baisse de masse du système." je trouve cela ambigu, comme si on disait que lorsqu'il n'y a pas de dégagement d'énergie, la réaction chimique conserverait les masses et s'il y a dégagement d'énergie il y aurait baisse de masse.Or si je prends la réaction assez basique de la combustion du méthane par exemple
CH4 + 2O2 ----> CO2 + 2H20
réaction exothermique s'il en est, je ne vois pas la perte de masse.

la remarque de Gwyddon augmente ma confusion: je veux bien que la masse de l'atome dépende en partie de son état d'excitation, mais alors on pourrait aussi bien avoir une masse d'atomes supérieure à droite de l'équation, si la modification de leur état d'excitation le permet, alors que la réaction nucléaire entraine toujours une perte de masse. Ou alors doit-on savoir que toute réaction exothermique modifie l'état des atomes toujours dans le même sens
(i.e vers la baisse de masse)?

je crois aussi que d'un point de vue macroscopique, si j'ai un kilo de réactants à gauche de l'équation je retrouve un kilo à droite: si vous me dites que je retarde et que Lavoisier est dépassé (dixit Ledescat), bon ben je m'y ferais, mais faut éclairer autant que possible ma pauv'lanterne .

enfin dernier point qui me tracasse (pour le moment..) la phrase:"L'énergie libérée dans une fission est due à ce que les nucléons sont moins fortement liés dans un atome d'uranium que dans les atomes résultat de la fission." veut-elle dire que dans les produits obtenus par la réaction nucléaire, si je fais la somme des énergies de liaisons, elle sera inférieure à la somme des énergies de liaisons initiales? et que la différence est l'énergie "nucléaire" ? (dm.c²)

vu autrement:est-ce qu'on pourrait dire que dans l'équation de fission:
Uranium + neutron ---> Césium + Sélénium + 5 neutrons
on échange une instabilité à un certain niveau d'énergie (U) contre deux stabilités (Ce + Se) à un niveau d'énergie inférieur et que la différence est l'énergie dite nucléaire ?

merci à qui prendra le temps de répondre
wyd

[mach3]

je crois aussi que d'un point de vue macroscopique, si j'ai un kilo de réactants à gauche de l'équation je retrouve un kilo à droite: si vous me dites que je retarde et que Lavoisier est dépassé (dixit Ledescat), bon ben je m'y ferais, mais faut éclairer autant que possible ma pauv'lanterne .

Et bien non, tu n'auras pas la même masse à gauche et à droite sauf si ta réaction athermique (ce qui n'arrive pas souvent...). Même lors d'un mélange (dissolution du sel dans l'eau) il y a changement de masse (la dissolution du sel est endothermique, elle prend de l'énergie à l'extérieur, cette énergie pèse et la solution saline sera plus lourde que le sel et l'eau séparés). Ca m'a fait bizzare aussi au début mais en fait c'est parfaitement logique, tout se tient.

Or si je prends la réaction assez basique de la combustion du méthane par exemple
CH4 + 2O2 ----> CO2 + 2H20
réaction exothermique s'il en est, je ne vois pas la perte de masse.

une molécule de CO2 et deux molécules d'eau pèsent moins lourd qu'une molécule de méthane et deux molécules d'O2 (la différence est d'environ 10^-11 g/mol si je ne me trompe dans le calcul, donc c'est sur c'est pas évident et les chimistes ne peuvent s'en rendre compte).

Alors que la réaction nucléaire entraine toujours une perte de masse. Ou alors doit-on savoir que toute réaction exothermique modifie l'état des atomes toujours dans le même sens
(i.e vers la baisse de masse)?

Si la réaction dégage de l'énergie (= exothermique) alors il y aura perte de masse et si elle en consomme (=endothermique) il y a gain de masse. Essaie fissionner un noyau d'hélium, tu as intérêt à mettre le paquet, mais c'est possible, il faudra juste fournir beaucoup d'énergie et le résultat quel qu'il soit sera plus lourd que la masse initiale d'hélium.

enfin dernier point qui me tracasse (pour le moment..) la phrase:"L'énergie libérée dans une fission est due à ce que les nucléons sont moins fortement liés dans un atome d'uranium que dans les atomes résultat de la fission." veut-elle dire que dans les produits obtenus par la réaction nucléaire, si je fais la somme des énergies de liaisons, elle sera inférieure à la somme des énergies de liaisons initiales? et que la différence est l'énergie "nucléaire" ? (dm.c²)

c'est exact

m@ch3

[invité576543]

Bonsoir,

quand tu dis "Tout dégagement d'énergie (i.e., toute variation d'un système avec évacuation d'énergie en dehors du système) se traduit par une baisse de masse du système." je trouve cela ambigu, comme si on disait que lorsqu'il n'y a pas de dégagement d'énergie, la réaction chimique conserverait les masses et s'il y a dégagement d'énergie il y aurait baisse de masse.

Ce n'est pas "comme si on disait", c'est bien ça!

Or si je prends la réaction assez basique de la combustion du méthane par exemple
CH4 + 2O2 ----> CO2 + 2H20
réaction exothermique s'il en est, je ne vois pas la perte de masse.

Simplement, comme l'a déjà indiqué Gwyddon, la perte de masse est si faible que nous n'avons pas les instruments de mesure pour les mesurer. Mais la masse d'un atome isolé de carbone plus la masse d'une molécule de O2 est nécessairement plus grande que la masse d'une molécule de CO2, d'un pouillème correspondant à l'énergie de liaison.

La seule raison pour laquelle on en parle rarement est que, comme le défaut de masse n'est pas mesurable, il n'a aucune importance en pratique.

La différence principale en liaison chimique et liaison nucléaire est que le défaut de masse est mesurable et donc dans les chiffres significatifs de la masse pour le nucléaire, et pas pour le chimique.

la remarque de Gwyddon augmente ma confusion: je veux bien que la masse de l'atome dépende en partie de son état d'excitation, mais alors on pourrait aussi bien avoir une masse d'atomes supérieure à droite de l'équation, si la modification de leur état d'excitation le permet, alors que la réaction nucléaire entraine toujours une perte de masse.

Si l'excitation est suite à la réaction nucléaire, ce ne sera pas le cas. C'est tout!

Ou alors doit-on savoir que toute réaction exothermique modifie l'état des atomes toujours dans le même sens
(i.e vers la baisse de masse)?

Oui. C'est juste une autre manière de présenter l'idée que j'avançais.

je crois aussi que d'un point de vue macroscopique, si j'ai un kilo de réactants à gauche de l'équation je retrouve un kilo à droite: si vous me dites que je retarde et que Lavoisier est dépassé (dixit Ledescat), bon ben je m'y ferais, mais faut éclairer autant que possible ma pauv'lanterne .

Lavoisier n'avait pas les moyens de mesurer le défaut de masse, et nous non plus! Pour tout usage pratique, négliger le défaut de masse en chimie a strictement aucune importance.

C'est la vision de la relation entre masse et énergie amenée par la relativité restreinte qui permet de prédire que le jour où on saura mesurer avec une précision suffisante des molécules on trouvera le défaut de masse prévu. Si cela se révélait différent, alors une révision majeure de la relativité restreinte serait nécessaire!

J'ai présenté cela parce que je trouve que la liaison "défaut de masse" <--> "énergie nucléaire" est un mauvais concept, et que l'idée que "l'origine de l'énergie est le défaut de masse" en nucléaire complètement fausse. Il ne viendrait jamais à l'idée d'un chimiste de dire que l'origine de l'énergie dégagée par C+O2 --> CO2 vient du défaut de masse. Et en nucléaire, c'est pareil. proton + proton --> D + positron +... dégage de l'énergie pour une raison similaire à la chimie: l'énergie de liaison dans les produits est plus grande (ou plus petite selon la convention de signe) que dans les réactants. Que la liaison soit chimique ou nucléaire ne change pas le principe.

L'intérêt de parler du défaut de masse en chimie n'est pas de dire que Lavoisier est dépassé ou que la chimie est fausse (il n'y a pas de problème pratique quel qu'il soit à négliger le défaut de masse dans ce cas), mais à donner, par le parallèle avec d'autres réactions (principalement la chimie), une idée différente (et plus juste à mon sens) de ce qu'il se passe dans les réactions nucléaires.

enfin dernier point qui me tracasse (pour le moment..) la phrase:"L'énergie libérée dans une fission est due à ce que les nucléons sont moins fortement liés dans un atome d'uranium que dans les atomes résultat de la fission." veut-elle dire que dans les produits obtenus par la réaction nucléaire, si je fais la somme des énergies de liaisons, elle sera inférieure à la somme des énergies de liaisons initiales? et que la différence est l'énergie "nucléaire" ? (dm.c²)

Exactement. Au détail près du signe, qui est une sacré source d'embrouille, de l'énergie de liaison. En la prenant négative (ce qui est la bonne manière), on obtient ce que tu dis. Mais le plus souvent, l'énergie de liaison est inversée, et dans ce cas, ç'aurait été "supérieure".

Le plus simple c'est H + H --> D + positron +... L'énergie de liaison est nulle entre les deux H (facile) et il y a une énergie de liaison non nulle pour D, qui correspond en gros à l'énergie dégagée.

vu autrement:est-ce qu'on pourrait dire que dans l'équation de fission:
Uranium + neutron ---> Césium + Sélénium + 5 neutrons
on échange une instabilité à un certain niveau d'énergie (U) contre deux stabilités (Ce + Se) à un niveau d'énergie inférieur et que la différence est l'énergie dite nucléaire ?

Exactement. Et c'est kif-kif la chimie pour un explosif métastable par exemple, genre TNT. Le neutron incident jour un rôle similaire à l'élévation de température ou une onde de choc nécessaire pour déclencher la réaction.

Cordialement,

[invite49abae58]

ok d'accord merci, c'est plus clair et intéressant ,et aussi logique

juste une question que je me pose: quand on passe d'une molécule à une autre pour un atome (par exemple C de CH4 se retrouve dans CO2) la liaison chimique de C change de nature (quatre fois monovalente devient 2 fois bivalente). bon, je crois avoir compris que c'est ce changement qui modifie sa masse, est-ce qu'on a alors :Variation d'énergie des liaisons = variation de masse* C² ?
E=mC² en somme à l'échelle des liaisons chimiques ?

merci encore
a plus
wyd

[invité576543]

Bonsoir,

Variation d'énergie des liaisons = variation de masse* C² ?
E=mC² en somme à l'échelle des liaisons chimiques ?

Tout à fait. C'est bien ça l'idée.

Cordialement,

[mach3]

et pour donner une idée de l'ordre de grandeur, 1000kJ/mol, ca donne environ 10^-11g/mol, pas de quoi fouetter un chat...

m@ch3