Modèle planétaire de l'atome

[Clivus]

Bonjour à tous et à toutes !

Etant en Paces, j'ai disposé d' un enseignement sur l'atomistique où l'on a vu la théorie des orbitales atomiques, les liaisons sigma et pi, etc...
Nous avons également vu auparavant les différents modèles de l'atome, tel que le modèle planétaire. Notre prof nous a dit que ce modèle a été abandonné car l'électron devrait rayonner,
dégager de l'énergie. Nous n'avons pas détaillé cette explication (pas le temps !), est-ce que quelqu'un pourrait expliquer pourquoi l'électron devrait rayonner, émettre de l'énergie ?

Merci d'avance !
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[albanxiii]

Bonjour,

Une charge électrique qui subit une accélération émet un rayonnement (pourquoi ? parce que la nature est comme ça, et comme les physiciens sont quand même compétents, ce phénomène est prévu par les équations de Maxwell, mais je vous fait grâce de la démonstration.... ).

Et qui dit émission de rayonnement dit émission d'énergie, puisqu’une onde électromagnétique transporte de l'énergie. La charge en question perd donc de l'énergie. S'il d'agit d'un électron dont on suppose qu'il tourne autour d'une charge positive, cela impose qu'il se rapproche de plus en plus de cette charge positive. Et il finit par tomber dessus. Si on fait un calcul naïf, de mémoire, cela se produit en 10^(-10) secondes.

Comme visiblement, l'atome d'hydrogène a une durée de vie plus grande, ce modèle n'est pas correct. En fait, c'est la mécanique quantique qui convient pour décrire l'atome d'hydrogène.

@+

[curieuxdenature]

Bonjour

c'est un constat que Larmor avait fait quelques années avant que Bohr développe son modèle.
Un électron accéléré rayonne, c'est bien ce qui se passe dans une rotation, et bien que le modèle de Bohr fonctionnait à peu près correctement, il a fallu trouver une autre explication quand le problème a été soulevé.
Ce qui a été fait avec la mécanique quantique qui prévoit que l'électron autour de sa charge centrale ne tourne pas mais a une position donné par une fonction d'onde.

Le modèle de Bohr a un intérêt qui est historique, on l'apprend parce que cela fait partie des jalons dans l'histoire de la théorie atomique.
Mais bon, comme le modèle de Ptolémée en astronomie, il faut espérer qu'un jour plus aucun prof ne perde son temps à le mentionner.

[gatsu]

Bonjour à tous et à toutes !

Etant en Paces, j'ai disposé d' un enseignement sur l'atomistique où l'on a vu la théorie des orbitales atomiques, les liaisons sigma et pi, etc...
Nous avons également vu auparavant les différents modèles de l'atome, tel que le modèle planétaire. Notre prof nous a dit que ce modèle a été abandonné car l'électron devrait rayonner,
dégager de l'énergie. Nous n'avons pas détaillé cette explication (pas le temps !), est-ce que quelqu'un pourrait expliquer pourquoi l'électron devrait rayonner, émettre de l'énergie ?

Merci d'avance !

Salut,

Pour essayer de comprendre pourquoi une charge accélérée rayonne, il faut distinguer un champ electromagnetique qui "depend du temps" et un rayonnement.

L'explication qui suit s'inspire d'un passage du livre de Lev Landau sur la théorie des champs.

Si une charge se deplace a vitesse constante dans le référentiel du laboratoire, les champs électrique et magnétique qu'il genere en tout point du laboratoire dependent du temps. Pourtant, il suffit de se placer dans un référentiel qui bouge a la meme vitesse que la charge pour voir une charge statique qui génère simplement un champ électrostatique. Comme le principe de relativité stipule que la physique doit être la meme dans tous les référentiels inertiels/galileens, il n'est donc pas possible qu'une charge se déplaçant a vitesse constante dans le labo émette un rayonnement dans ce dernier et pas dans son propre référentiel, en consequence de quoi, le champ electromagnetique dependant du temps dans le référentiel du labo n'est pas un rayonnement.

Pour une charge accélérée en revanche, il n'existe pas de référentiel inertiel dans lequel les champs électriques et magnétiques ne dependent pas du temps, autrement dit les champs électriques et magnétiques varient "pour de vrai". Dans un tel cas, comme dit par albanxii, les equations de l'électromagnétisme prédisent qu'un champ électrique qui varie dans le temps en un point de l'espace crée un champ magnétique qui varie et vice versa. Cela donne lieu a un mécanisme d'auto-entretien et de propagation de la perturbation du champ électromagnétique engendrée par l'acceleration de la charge : une charge accélérée rayonne donc.

[A voir en vidéo sur Futura]

[gatsu]

Bonjour

c'est un constat que Larmor avait fait quelques années avant que Bohr développe son modèle.
Un électron accéléré rayonne, c'est bien ce qui se passe dans une rotation, et bien que le modèle de Bohr fonctionnait à peu près correctement, il a fallu trouver une autre explication quand le problème a été soulevé.
Ce qui a été fait avec la mécanique quantique qui prévoit que l'électron autour de sa charge centrale ne tourne pas mais a une position donné par une fonction d'onde.

Le modèle de Bohr a un intérêt qui est historique, on l'apprend parce que cela fait partie des jalons dans l'histoire de la théorie atomique.
Mais bon, comme le modèle de Ptolémée en astronomie, il faut espérer qu'un jour plus aucun prof ne perde son temps à le mentionner.

oui sauf que le modele de Bohr donne une manière simple d'obtenir (et de retrouver avec un niveau d'étudiant de premiere année de fac) les niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène, ce qui n'est pas négligeable. Et le modele de Bohr n'avait pas de problème avec le rayonnement puisqu'il proposait que les charges en mouvement ne rayonne pas toutes les energies possibles, hypothèse ad hoc certes mais qui est conceptuellement revolutionnaire (voir les écrits et videos d'Etienne Klein sur le sujet).

Je n'ai rien contre le fait d'introduire la mécanique quantique tot dans le cursus (pourquoi pas des l'école primaire ou le college comme le suggérait Feynman dans certaines de ces interviews), mais je ne pense pas que les problèmes associes a l'atomistique soit les plus simples et les plus évidents pour introduire cette dernière...

[van_fanel]

Pour moi il a un intérêt bien plus qu'historique et est même utile pour la recherche actuelle: les travaux de serge haroche par exemple utilisent des atomes de rydberg. Et pour le coup les orbitales du modèle de Bohr correspondent extrêmement bien à la réalité expérimentale.

[Clivus]

Merci à tous pour ces réponses ! Mais comme une réponse amène une autre question je me lance : dans la théorie des orbitales atomiques, l'électron est sensé se trouver dans un "nuage" de points au sein de l'orbitale, mais cet électron a quand même un mouvement : du coup il devrait rayonner également non ? Je sais que l'énergie des électrons est quantifiée et ne peux prendre que certaines valeurs suivants les orbitales, mais le problème reste le même ; l'électron a un mouvement, il rayonne, donc perd de l'énergie : pourquoi cette quantification alors ?

[curieuxdenature]

l'électron est sensé se trouver dans un "nuage" de points au sein de l'orbitale, mais cet électron a quand même un mouvement : du coup il devrait rayonner également non ?

Bonsoir

l'électron ne se trouve pas vraiment dans un nuage de points, les points dont tu parles sont toutes les possibilités qu'on a de le trouver à un moment quelconque. En clair le nuage correspond à, on va dire 100 000 mesures consécutives.
Puisque qu'on ne sait pas d'avance où il va se trouver vu qu'il se comporte comme une onde, c'est l'ensemble des mesures qui forme le nuage.
Dans une orbitale de type 's' ça va donner une sphère, avec une orbitale de type 'p' ce seront des lobes, ce que le modèle de Bohr ignore complétement.

Ainsi défini, quand son état quantique est égale à 1, il ne peut rien rayonner, c'est son niveau fondamental, il n'y a rien en dessous où il peut aller se loger et rien qui lui permettre de le faire.

[albanxiii]

Re,

; l'électron a un mouvement, il rayonne, donc perd de l'énergie : pourquoi cette quantification alors ?

Cette phrase n'est pas correcte.

Il faudrait dire : la théorie de l'électrodynamique classique de Maxwell prévoit qu'une charge accélérée doit rayonner et perdre de l'énergie. Ça n'est pas ce qu'on constate dans les atomes. On en déduit que la théorie de l'électrodynamique classique de Maxwell n'est pas suffisante pour décrire les atomes. Les électrons dans les atomes ne se comportent pas comme le prévoit la théorie classique.

Le physicien ne fait que construire des théories, mais la nature, elle, fait ce qu'elle veut, elle ignore les efforts des physiciens.

La théorie qui convient est la mécanique quantique.

@+

[Clivus]

Merci pour ces explications qui m'ont permises d'éclairer ma lanterne^^
Bonne continuation à vous !