Loi de Fick

[Chmiman]

Bonsoir ,


La loi de Fick , je viens de la lire et j'ai quelques questions . Déjà, sait on pourquoi un fluide tend à homogénéiser , à égaliser tout le temps les particules dans l'espace ? Ensuite , pourquoi on dit que cette diffusion est pas consommatrice d'énergie ? Cela voudrait dire que si j'ai des particules animées d'aucun mouvement elles vont d'elles mêmes se dire : " Ah, là bas c'est moins concentré , on va égaliser tout ca ! ". Donc les mouvements viennent d'où quand de l'encre se diffuse ou meme de particules autres , car l'encre vous allez me parler de capillarité mais c'est pas de ca que je parle . Des particules inertes suivent la règle ?


Fick a t'il découvert pourquoi tout cela se passe comme cela ? Cela peut paraître intuitif que le monde veut se mélanger pour etre homogène , mais je pense que c'est quand même un mystère !
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[albanxiii]

Bonjour,

Deux mots : agitation thermique. Dans tout bon cours de physique... vous devriez en lire... si, si...

@+

[Chmiman]

Vous ne voulez meme pas me dire pourquoi cela se passe comme ça ? Car l'agitation thermique fait naître les mêmes questions en Moi


En plus je trouve rien je suis vraiment bloqué ! Je voulais juste savoir deux trois trucs pas précisés , sur internet on ne dit pas si des particules inertes tentent à d'homogénéiser

[moco]

Il n'y a pas de raison et pas de volonté pour expliquer les phénomènes dont tu parles. Ce sont les lois des probabilités qui interviennent. Il faut te référer aux travaux de Maxwell sur les micro-états et la probabilité de les réaliser. Un mélange homogène est beaucoup plus probable qu'un mélange hétérogène. C'est tout ! Un mélange hétérogène n'est pas impossible. Il est extrêmement improbable. Ce n'est pas un mystère comme tu le dis. C'est une question de probabilité.
Tu parles de particules n'ayant aucun mouvement. C'est une vue de l'esprit. Il n'y en a pour ainsi dire pas dans un système à température ambiante. Et s'il y en a, cet état ne durera pas, car l'agitation thermique fera que dans la microseconde qui suit, elle sera heurtée par une voisine qui lui communiquera un peu de son énergie cinétique.
La diffusion n'est pas consommatrice d'énergie. C'est une des lois fondamentales de la physique. L'énergie se conserve dans un système fermé. Personne n'a réussi à montrer que cette loi n'est pas vérifiée dans quelque système que ce soit. Dans une bouteille d'eau isolée, l'énergie totale des particules est constante, même si elle change constamment pour une particule donnée.
Fick n'a jamais cherché à expliquer pourquoi la nature est comme elle est.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Chmiman]

J'entends bien , mais prenons un exemple : j'ai fais tomber de l'encre sur du buvard , et l'encre se diffuse un peu dans toutes les directions , je le vois de mes propres yeux ---> constat . Maintenant , de l'encre c'est un liquide , donc attractions en jeu qui font que le liquide reste " soudé" , mais pourtant il se diffuse ! Pour les gaz aucun problème de compréhension , normal que globalement un système concentré aie plus de chance de faire passer ses molécules q'un autre , mais dans le cas d'un liquide ou de particules chargées électriquement cela me gêne car d'autres phénomènes entrent en jeu , telles que les attractions électromagnétiques ou les forces de coulomb pour les ions dans une cellule ! Je sais bien que c'est intuitif et pas démontrable , mais quand le système fait intervenir d'autres variables , c'est' pas aisé de dire qu'elle variable l'emporte sur l'autre . C'est vraiment l'aspect fondamental de les questionnements , c'est lier les différents phénomènes et prédire leur effet quand ils sont couplés.

De plus , dire que ça consomme pas d'énergie c'est vrai mais l'énergie est puisée quelque part , si un système à une énergie cinétique elle est conservée normal quoi ( bref je ferme la parenthèse là dessus ).

[moco]

Tu as raison ! Normalement un liquide comme l'eau n'a aucune raison de diffuser dans un ensemble de filaments enchevêtrés. Pour le faire, il faut une attraction particulière entre le liquide et les filaments enchevêtrés. ans le cas du buvard, le filament est en cellulose. Et, en simplifiant un peu, la cellulose possède une structure formée de longs filaments d'atomes de carbone reliés chacun à un atome H et un groupe OH. C'est ce groupe OH qui intervient, car l'eau est capable de faire des ponts hydrogène entre H2O et ce groupe C-O-H. Ces liaisons hydrogène sont de même nature que celles qui relient les molécules d'eau entre elles. L'attraction entre l'eau et la cellulose est assez forte. Donc l'eau accepte de mouiller la cellulose. Elle accepte même de monter le long d'un papier buvard qu'on trempe en partie dans l'eau. Tout cela est dû aux liaisons hydrogène.

Si on avait mis des filaments de plastique comme le polyéthylène, l'eau ne l'aurait pas mouillé. Elle aurait formé des gouttelettes, mais n'aurait pas pénétré dans le tissu ainsi formé. Le polyéthylène n'a aucune liaison C-O-H. C'est aussi ce qui se passe si on remplace l'eau par le mercure, car le mercure n'a pas de liaison hydrogène. Il ne pénètre pas dans la cellulose.

L'énergie n'est pas puisée quelque part, comme tu le dis. Les corps chauds ont simplement plus d'énergie que les corps froids. Notre planète Terre est à une température qui varie entre -10°C ou -20°C que sais-je et + 50° ou +60°c, selon les endroits et les moments. Peu importent les valeurs exactes. Elle reçoit de l'énergie en provenance du centre de la Terre, qui est très chaud, et du Soleil. Si ce n'était pas le cas, elle aurait une température qui ne serait pas très loin du zéro absolu.

[Chmiman]

C'est aussi incroyable que des Physiciens comme Fick ou des mathématiciens comme Brown ont pu modéliser de façon mathématique leurs observations de fait . Ce que j'avais du mal à saisir c'est que à chaque fois que l'on voit une formule ou un principe on nous explique jamais comment les scientiques en sont arrivés à dire que la matière se déplace du plus concentré au moins concentré ! C'est pas intuitif , mais quand vous dites que c'est probabiliste , le fait que la matière aie tendance à se déplacer du plus au moins concentré a été d'abord observé puis décris en lois de probabilité ou l'inverse ? Car j'aimerais bien savoir comment les probabilités disent que la nature préfère l'homogénéité

[moco]

Ces calculs de probabilités sont longs et fastidieux. Je vais essayer de t'en donner un aperçu avec un cas simple.

Imagine que tu disposes de deux particules appelées A et B. Imagine que tu disposes de 3 cases pour les y mettre. La dernière case étant de l'eau ou du vide. Les seules possibilités existantes pour réaliser ce système consistent à mettre A en case 1 et B en case 2 ou 3. Ou bien A en case 2 et B en case 1 ou 3. Ou bien A en case 3 et B en case 1 ou 2. Cela fait en tout 6 possibilités au total. Si on agite ou chauffe ce système, on peut admettre que ces 6 possibilités sont à peu près également probables, si la séparation entre les compartiments est faible. Tu peux aussi imaginer qu'on envoie deux balles A et B en tirant de loin contre une paroi contenant ces trois casiers ouverts, jusqu'à ce que les deux balles soient dans un casier. Les 6 possibilités sont également probables.

Imagine maintenant que tu disposes de 10 cases alignées pour y mettre tes deux particules. Il a beaucoup plus de possibilités de réaliser cet état.
Si A est en 1, B peut être en 2 à 10. Cela fait 9 possibilités. On dit parfois 9 micro-états.
Si A est en 2, B peut être en 1, puis 3 à 10. Cela fait 9 autres possibilités.
Si A est en 3, B peut être en 1 et 2, puis 4 à 10. Cela fait 9 autres possibilités.
etc.
Si A est en 10, B peut être en 1 à 9. Cela fait 9 autres possibilités.
Le nombre total de possibilités est de 90 situations différentes. Pas plus. Pas moins.

On va pouvoir arriver enfin à ton problème. Quand tu verses une goutte d'encre dans de l'eau, c'est comme si tu partais du premier système (A et B dans trois cases), et que tout à coup, tu y ajoutais 7 autres cases, avec possibilité de passer sans problèmes d'une case à l'autre, sans en favoriser aucune. Tout à coup, il y a 90 possibilités de réaliser le sytème, mais seulement 6 pour réaliser le système hétérogène de départ. 6 sur 90, c'est fort peu. Revenir à l'état initial n'est pas impossible, mais c'est très improbable.

[Chmiman]

Ces calculs de probabilités sont longs et fastidieux. Je vais essayer de t'en donner un aperçu avec un cas simple.

Imagine que tu disposes de deux particules appelées A et B. Imagine que tu disposes de 3 cases pour les y mettre. La dernière case étant de l'eau ou du vide. Les seules possibilités existantes pour réaliser ce système consistent à mettre A en case 1 et B en case 2 ou 3. Ou bien A en case 2 et B en case 1 ou 3. Ou bien A en case 3 et B en case 1 ou 2. Cela fait en tout 6 possibilités au total. Si on agite ou chauffe ce système, on peut admettre que ces 6 possibilités sont à peu près également probables, si la séparation entre les compartiments est faible. Tu peux aussi imaginer qu'on envoie deux balles A et B en tirant de loin contre une paroi contenant ces trois casiers ouverts, jusqu'à ce que les deux balles soient dans un casier. Les 6 possibilités sont également probables.

Imagine maintenant que tu disposes de 10 cases alignées pour y mettre tes deux particules. Il a beaucoup plus de possibilités de réaliser cet état.
Si A est en 1, B peut être en 2 à 10. Cela fait 9 possibilités. On dit parfois 9 micro-états.
Si A est en 2, B peut être en 1, puis 3 à 10. Cela fait 9 autres possibilités.
Si A est en 3, B peut être en 1 et 2, puis 4 à 10. Cela fait 9 autres possibilités.
etc.
Si A est en 10, B peut être en 1 à 9. Cela fait 9 autres possibilités.
Le nombre total de possibilités est de 90 situations différentes. Pas plus. Pas moins.

On va pouvoir arriver enfin à ton problème. Quand tu verses une goutte d'encre dans de l'eau, c'est comme si tu partais du premier système (A et B dans trois cases), et que tout à coup, tu y ajoutais 7 autres cases, avec possibilité de passer sans problèmes d'une case à l'autre, sans en favoriser aucune. Tout à coup, il y a 90 possibilités de réaliser le sytème, mais seulement 6 pour réaliser le système hétérogène de départ. 6 sur 90, c'est fort peu. Revenir à l'état initial n'est pas impossible, mais c'est très improbable.

La dernière case c'est de l'eau ou du vide ?

Sinon j'ai pas trop trop compris l'analogie , ni le chiffre 6/90 , d'où vient le 6 ?

Sinon je comprends que la matière , si elle bouge , se déplace naturellement et ce phénomène se remarque davantage du + au - concentré car c'est une tendance générale , je peux l'expliquer comme ça ?

[moco]

Tu peux mettre ce que tu veux dans la 3ème case, de l'eau ou du vide. Cela ne change en rien les calculs suivants.

Le chiffre 6 est le nombre de possibilités de mettre deux particules A et B dans trois cases différentes. C'est l'objet de mon premier paragraphe.
Le chiffre 90 est le nombre de possibilités de placer deux particules A et B dans dix cases différentes.

L'analogie réside dans le fait qu'une goutte d'encre sortant de sa cartouche peut être représentée sous la forme très déformée de 2 molécules d'encre A et B dissoutes alignées avec 1 molécule d'eau.
Une fois projetée dans un verre plein d'eau, représenté ici par 7 molécules d'eau, tu considères qu'en déformant la nouvelle solution, on peut arriver à aligner toutes les molécules d'encre et d'eau comme discuté dans mon deuxième paragraphe.