La chaleur liée à l'absorption de photon

[Quantiquelife]

Bonjour, j'ai mal compris le phénomène d'absorption des photons par un atome. Si une matière donnée est sous le rayonnement solaire, et qu'une partie de cette matière est cachée par un objet et donc ombragée, ce qui rend le côté plus éclairé plus chaud c'est du au flux de protons qui est supérieur à celui de la partie ombragée. Mais si un atome absorbe un photon d'énergie E2-E1 et réémet un photon de la même énergie en quoi la matière se chauffe t-elle? si un photon de la même énergie est émit, il n'y a donc aucune perte et donc aucune énergie disponible pour de l'énergie thermique. J'aurais besoin de vous pour m'aider car ce problème me tient particulièrement à cœur. Je précise que mon incompréhension est due à d'assez faible connaissances scientifique, merci et bonne continuation!
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[Gilgamesh]

C'est une bonne question

Ce qui se passe c'est que les photons transportent leur énergie sous forme d'impulsion. Tu connais sans doute la formule E = hν avec h la cte de Planck et ν la fréquence du rayonnement. On peut également écrire E = pc avec p l'impulsion et c la vitesse de la lumière.

Si le photon n'est pas absorbé par l'atome, c'est un choc élastique. L'atome recule sous le choc, ce qui lui donne de la vitesse.
Si le photon est absorbé et réemis, c'est un choc inélastique. Le résultat est le même : à la réemission, l'effet de recul donne de la vitesse à l'atome.

L'atome acquiert ainsi une énergie cinétique qui se redistribue ensuite par des chocs (qui peuvent être eux-même élastiques ou inélastiques, cad avec émission ou pas de rayonnement) entre atomes. S'il s'agit de molécules, cad d'assemblage de plusieurs atomes, une partie de l'énergie sera stockés par les différents degrés de liberté du mouvement des atomes dans l'assemblage : vibration ou rotation des groupes d'atomes (voir schéma ci-dessous). Le théorème d'équirépartition de l'énergie dit que toutes les forment de stockage de l'énergie (translation, vibration, rotation) seront sollicitées au même degrés. Dans un solide, plutôt que chocs, stricto sensus il s'agira de vibration des atomes/ions autours de leur position moyenne dans le réseau cristallin et d'énergie acquise par la mer d'électron dans le cas des métaux.

L'énergie cinétique moyenne acquise par tous les composants du corps (atomes, ions, molécules, électrons) donnera la température du corps.

[EauPure]

Merci Gilgamesh
Mais je ne sais pas si tu as répondu à cette question

Mais si un atome absorbe un photon d'énergie E2-E1 et réémet un photon de la même énergie en quoi la matière se chauffe t-elle?

avec cette réponse car tu n'a pas précisé : réémis un photon de la même énergie.

Si le photon est absorbé et réemis, c'est un choc inélastique. Le résultat est le même : à la réemission, l'effet de recul donne de la vitesse à l'atome.

car dans ce cas je ne vois pas d'où viendrait l'énergie cinétique transmise à l'atome

[Quantiquelife]

Merci beaucoup de m'avoir éclairé sur le sujet, n'ayant acquis que des compétences scolaire de 2nd degré la formule E=pc m'était jusqu'à présent inconnue. L'impulsion p est en quelle unité? De plus je tiens à corriger mon erreur dans la question, c'est bien le flux de photon qui augmente et non le flux de proton ! A vrai dire j'ai encore plus de questions à présent

[A voir en vidéo sur Futura]

[mach3]

Merci Gilgamesh
Mais je ne sais pas si tu as répondu à cette question

Mais si un atome absorbe un photon d'énergie E2-E1 et réémet un photon de la même énergie en quoi la matière se chauffe t-elle?

Si tous les photons absorbés étaient réémis avec la même énergie, la matière ne s'échaufferaient pas, logique. Si la matière s'échauffe, c'est parce qu'il y a bien trop d'autres moyens de se désexciter (rotations, vibrations, phonons, etc) que de réémettre le même photon que celui absorbé (elle peut aussi émettre d'autres photons d'énergie plus faible que celui absorbé, c'est la fluorescence et la phosphorescence). Pour émettre significativement des photons résultants de désexcitation électroniques (donc lumière visible et UV), il faut que la matière soit déjà très très chaude.

m@ch3

[Quantiquelife]

L'atome acquiert ainsi une énergie cinétique qui se redistribue ensuite par des chocs (qui peuvent être eux-même élastiques ou inélastiques, cad avec émission ou pas de rayonnement) entre atomes.

Donc quand un atome doté d'énergie cinétique (donc le photon réémit est de plus faible énergie que le photon incident) touche d'autres atome ces derniers se comporte comme si l'atome était photon et donc les atomes entrechoqués peuvent soit réémettre un photon soit directement récupérer l'énergie cinétique du choc de l'atome précédent?

[albanxiii]

Bonjour,

L'impulsion p est en quelle unité?

Vous la connaissez peut-être (l'impulsion) sous le nom "quantité de mouvement" pour un point matériel.

@+

[Quantiquelife]

Oui, bien sur mxv, merci pour l'information je n'avais pas fait le lien entre impulsion et quantité de mouvement

[Quantiquelife]

Alors voila, en repensant à ce phénomène une question reste : comment un choc d'un photon possédant une masse nulle peut posséder une énergie cinétique qui serait convertit en rotation, translation ou encore vibration? L'énergie cinétique est la demi-masse x la vitesse au carré, mais si la masse est nulle comment est-ce possible? Merci de vos futures réponses! Bonne soirée !

[illusionoflogic]

Pour une particule sans masse, ce n'est pas p=mv, c'est p qui est fondamentale et vient en premier en relativité, donc un photon possède une impulsion p qui n'est pas mv. Dans l'équation E²=m²c⁴+p²c² ; si m=0 alors E=pc pour l'énergie de masse au repos : traduction : "un photon n'est jamais au repos" et on retombe sur nos pattes, à noter que la masse au carré n'empêche pas une masse négative d'exister, traduction : "une masse négative possède un attribu particulaire définie comme la charge électrique, si bien qu'avec la même masse on peut avoir soit +e, soit -e (ou q si t'aimes pas e). Donc voici venir l'antimatière avec une masse positive mais une charge pour une masse au repos opposée." ; de là découle les différentes symétries associées au modèle standard un électron positif est un positron, un proton négatif est un antiproton, ça fonctionne aussi pour les particules neutres et les sans masse sont leurs propre antiparticule, comme le gluon ou le photon (mais comme ils ne sont jamais au repos, ils n'interfèrent que très peu entre eux) et l'hypothétique graviton. Exception faite des neutrinos de Majorana (qui ont une masse, certes faible, mais ils pourraient être leurs propre antiparticule ; ce dont je doute fortement, car l'expérience n'a rien montrée comme les doubles désintégrations bêta en dessous de l'eV). Pourtant les oscillations des neutrinos sont formelles, les neutrinos ont une masse ...

ça m'embête d'écrire ça comme ça, mais malgré tout, je ressens un malaise à écrire cela, comme s'il y avait une faille ou un manque théorique sur une formulation bien plus précise que l'impulsion prise comme racine du problème* ... car si les fermions de Majorana existe, alors ce que j'ai écris ci dessus devient bancale, et pourtant je suis quasiment sûr que les particules massives ne peuvent coexister que par la dissymétrie relative de la nucléosynthèse primordiale qui a donnée la part belle à la matière. L'antimatière n'existant plus que comme artefact de réaction, un résidu, une cendre énergétique éphémère (d'ailleurs sa production est des plus délicates).

*: je rappelle que l'impulsion est un des paramètres des inégalités de Heisenberg, et que par conséquent, elle ne commute pas avec la position tout comme l'énergie ne commute pas avec le temps ...

[invite06459106]

Il a une masse nulle mais un quantité de mouvement.
En relativité : E²=p²c²+m²c4. Pour une particule au "repos" tu retrouves le E=mc² et si sans masse E=pc.

Pour le photon tu as la relation p=hv/c* (h constante de Planck, et v la fréquence de l'onde électromagnétique associée au photon).
Tu as la relation E=hv* et tu peux en déduire que E=pc, tout ça sans faire intervenir la notion de masse.

* Confirmé par les expériences.

[ecolami]

Bonsoir,
Pour compléter les réponses il faut ajouter qu'au départ il s'agit de la lumière du soleil et qu'elle est constituée de nombreuses longueurs d'ondes ayant des propriétés différentes telles que vous les avez décrites. Intuitivement je pense que la lumière solaire apporte une énergie d'un certain niveau et qu'aprés chauffage de l'objet c'est réémis a un niveau inférieur: il y a tout l'énergie qui est dissipée par d'autres voies que la réémission. Mais je n'ai pas d'idée bien claire là dessus. (je suis chimiste).
Je pense que les réponses seraient sans doute différentes avec un éclairage mono chromatique: il serait alors possible de mieux cerner le phénomène, a condition de définir quel matériau est exposé.
Pour revenir a la question d'un éclairage partiel de l'objet il est clair qu'une partie s'échauffera et que l'autre finira par s'échauffer AUSSI par conduction thermique. Ce qui revient a homogénéiser les niveaux d'excitation de la matière En question.
En matière de rayonnement solaire ou lumineux on définit une Température de Couleur qui correspond a la température nécessaire pour produire cette couleur (qui n'en est pas vraiment une, ce sera juste un blanc neutre, un blanc bleuté ou un blanc "chaud"= un peu jaune.
J'ignore s'il y a un lien entre la température de couleur et la température maximale que peut atteindre un objet qui y est soumis. Bien sûr l'intensité du flux lumineux importe aussi.

[Matrix_fr]

Est-ce que vous connaissez un site ou logiciel qui permette d'expérimenté la chose? Qui modélise l'échange d’énergie cinétique pour comprendre tout ce qui se passe de manière plus visuelle?
merci.