Rayonnement des particules chargées

[invite11f2a3ff]

Bonjour
J'ai une question qui me taraude depuis quelques temps.

Toute particule chargée subissant une accélération rayonne un champ EM. Donc en particulier une particule chargée mise dans un champ magnétique qui tourne en décrivant des cercles rayonne un champ donc de l'énergie. Pourtant le champ magnétique ne transfère aucune énergie à la particule (q*v^B). Alors d'où vient l'énergie rayonnée par la particule ??

A cette question, mon prof a répondu : Oui mais euh... Il faut quand même fournir de l'énergie pour entretenir le plasma donc voilà d'où vient l'énergie.

N'étant pas du tout satisfait par cette réponse qui sent la grosse arnaque, je m'en remets à vos sagaces jugements.

@+
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[philou21]

Bonjour
La particule possède une énergie cinétique : elle va puiser dedans.

[Gwyddon]

Ce qui fait d'ailleurs que le rayon de la trajectoire diminue, diminue, diminue...

Le rayonnement d'une particule chargée qui accélère est une des manières d'invalider les modèles classiques de l'atome, puisque le rayonnement fait que l'électron doit à terme s'écraser sur le noyau (dur dur d'exister alors ! )

[invite11f2a3ff]

OOH d'accord !!

Donc si je comprends bien le champ ne transfère pas d'énergie à la particule mais il la force à en perdre. C'est super génial.

Merci et @+

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite4baed56c]

bonsoir,
Toute la difficulté résulte du fait de la définition du vide.
En effet, une particule dans un champ EM tels qu'ils sont définis aujourd'hui n'est théorisable que par un potentiel, massique ou cinétique, associée à des caractéristiques de champ. Comme si le vide n'avait pas d'influence... alors qu'on lui attribue une impédance...!!!

Imaginons une surface d' eau plane dont la limite air/eau représente un champ EM bidimensionnel, si on agite cette eau avec un baton (apport d'énergie), il se produit un champ d'ondes tridimensionnelles(amplitude/longueur)dans un millieu constitué d'atomes essentiellement vides! Certains diront qu'il s'agit d'ondes qui se propagent dans l'eau... d'autres diront qu'il s'agit d'ondes qui se propagent dans l'air... En fait ce n'est que la manifestation d'un apport énergétique (masse-vitesse) dont le constat est une dérivée temporelle...

Peut être cela élargit-il un peu le cadre de la question mais voilà un vaste champ d'investigations pour les futurs chercheurs dont certains se trouvent surement dans les rangs de Futura..!!

[melchisedec]

Bonjour
J'ai une question qui me taraude depuis quelques temps.

Toute particule chargée subissant une accélération rayonne un champ EM. Donc en particulier une particule chargée mise dans un champ magnétique qui tourne en décrivant des cercles rayonne un champ donc de l'énergie. Pourtant le champ magnétique ne transfère aucune énergie à la particule (q*v^B). Alors d'où vient l'énergie rayonnée par la particule ??

A cette question, mon prof a répondu : Oui mais euh... Il faut quand même fournir de l'énergie pour entretenir le plasma donc voilà d'où vient l'énergie.

N'étant pas du tout satisfait par cette réponse qui sent la grosse arnaque, je m'en remets à vos sagaces jugements.

@+

Sauf erreur il y a peut être confusion entre travail et énergie, ce n'est pas parce que la force est perpendiculaire (donc le travail nul) en tout point à la trajectoire qu'on applique pas une énergie pour dévier la particule de sa route.

[melchisedec]

Bonjour
J'ai une question qui me taraude depuis quelques temps.

Toute particule chargée subissant une accélération rayonne un champ EM. Donc en particulier une particule chargée mise dans un champ magnétique qui tourne en décrivant des cercles rayonne un champ donc de l'énergie. Pourtant le champ magnétique ne transfère aucune énergie à la particule (q*v^B). Alors d'où vient l'énergie rayonnée par la particule ??

@+

Ce sujet du rayonnement des particules chargées éclaire d'ailleurs le principe d'équivalence d'un curieux corollaire.

En effet ce principe stipule qu'aucune expérience interne à un référentiel ne permet de faire la distinction entre "être au repos dans un champ de gravité" et "être en accélération uniforme" sauf qu' on pourrait objecter qu'il suffirait d'y analyser le comportement des particules chargées pour savoir si elles rayonnent ou non le fameux rayonnement d'accélération. La seule alternative pour sauver alors le principe d'équivalence et de postuler que même au repos dans un champ de gravité, des particules chargées rayonnent aussi, ce qui sous-entend que par symétrie un rayonnement électromagnétique génére fatalement un champ de gravité (voir mon fil sur l'expérience menée à l'E.S.A.) sur la gravité artificielle.

[invite11f2a3ff]

Merci pour vos réponses, ça a l'air de poser pas mal de questions théoriques.
Ceci dit je voudrais être sûr que l'explication donnée par mon prof est bel et bien farfelue, pour que ça soit bien clair.
Et je ne comprends pas bien la distinction faite dans ce cas précis entre travail et énergie par Melchisedec.

@+

[Coincoin]

Salut,
Ton prof avait le point de vue inverse : nous, on dit que si on ne fait rien la particule perd de l'énergie, tandis que lui dit que pour que la particule continue son mouvement, il faut fournir de l'énergie.
C'est une approche différente, mais c'est exactement la même chose.

[invite11f2a3ff]

Bonjour,

J'ai l'impression que ce n'est pas ce qu'a dit mon prof. Il disait qu'il fallait fournir de l'énergie pour maintenir le champ, mais ça n'avait rien à voir avec la particule. La seule façon de fournir de l'énergie à la particule est de l'accélérer dans un champ électrique il me semble. Or dans ce problème il n'y avait aucun champ électrique puisque le champ magnétique était statique.

@+

[melchisedec]

A bien réfléchir vous avez raison il y a vraiment un soucis : maintes fois dans ce forum on a affirmé qu'un aimant n'est pas censé effectivement fournir de l'énergie, pourtant il fait tourner une particule chargée qui rayonne et ce faisant fournit de l'énergie, au secours les caids ?

[hterrolle]

Si il y a modification de la direction du champs magnetique. Il y a production d'energie si ont considere que les ligne de champs magnetique(generalement espacé les unes des autres) vont changer des directions pendant la rotation du champ magnetique. la particules charge qui se trouve aux centres devrait normalement suivrent l'orientation des champs. se qui devrait lui imposer un mouvement de rotation. Cette rotation devrait il me semble suivre la rotation du champs magnetique.

C'est mon explication en tout cas. Voir l'avis des pros !

[Karibou Blanc]

Salut,

Un aimant stocke une certaine quantité d'énergie qui correspond au fait qu'à l'intérieur des spins pointent dans la meme directions. La manifestation de cette quantité d'énergie se fait par apparition d'un champ magnétique autour de l'aimant. Via ce champ magnétique l'aimant peut transférer une partie de cette énergie à d'autres objets si tant est qu'ils soient chargés électriquement et en mouvement par rapport à l'aimant.
Conséquence l'aimant s'use à force d'attirer des objets (ou de faire rayonner des particules chargées en état de mouvement accéléré). Le truc à comprendre est que la particule chargée déviée par l'aimant engendre à son tour un champ magnétique qui vient perturber l'organisation des spins dans l'aimant. Si l'aimant fournit une grosse quantité d'énergie pour dévier une particule très lourde, ou très rapide, la réponse magnétique n'en sera que plus grande, les spins se désordonnent et l'énergie stockée dans l'aimant est perdue. Enfin perdue au sens ou elle a servi à dévier la charge électrique.
donc les choses sont claires dans le cas ou la particule déviée produit un champ magnétique permettant de désaimanter l'aimant. Dans le cas ou ce champ est faible devant celui de l'aimant...je ne sais pas et j'y réfléchis encore. Si quelqu'un a une idée, plausible.

KB

[mariposa]

Ce qui fait d'ailleurs que le rayon de la trajectoire diminue, diminue, diminue...

Le rayonnement d'une particule chargée qui accélère est une des manières d'invalider les modèles classiques de l'atome, puisque le rayonnement fait que l'électron doit à terme s'écraser sur le noyau (dur dur d'exister alors ! )

Cela me parait la bonne explication. En détails:

Implicitement on suppose usuellement qu'une particule chargée tournant autour d'un champ magnétique est un état lié stable.

Si maintenant on tiend compte du faible couplage de la particule chargée au champ électromagnétique, le système est instable et donc le système couplé champ magnétique statique +'électron perd progressivement de l'énergie.

Si de plus on considére que le champ magnétique est non polarisable (tres vraisemblable) alors l'électron réduit le rayon de sa trajectoire jusqu'a pénétrer la matière source du champ magnétique, alors on rentre dans le domaine quantique et les phénomènes de nature magnétiques deviennent purement électrostatiques.!!!!.

[Karibou Blanc]

alors on rentre dans le domaine quantique et les phénomènes de nature magnétiques deviennent purement électrostatiques.!!!!.

mouais... ce qui veut dire ?

[mariposa]

mouais... ce qui veut dire ?

Ce qui veut dire que lorsque l'électron rentre dans la matière il va se corréler aux autres électrons, cette corrélation guider par l'interaction électrostatique dépend fortement du spin (problématique trou de corrélation contre trou d'échange). J'ai écrit cette petite phrase pour attirer l'attention que l'origine du magnétisme (orientation des spins) est d'origine purement électrostatique!! ce qui n'est malheureusement souvent pas compris (même par les physiciens du solide)

[Karibou Blanc]

attends, tu es entrain de dire que l'interaction entre spin est d'origine électrostatique ?
Tu pourrais faire mieux qu'attirer l'attention par une petite phrase, et donner une explication plus détaillée s'il te plait ?

[mariposa]

attends, tu es entrain de dire que l'interaction entre spin est d'origine électrostatique

Soient 2 électrons localisés sur 2 sites atomiques qui définissent une énergie de référence (solution d'un hamiltonien à l'ordre zéro). Question?
Comment vont être les 2 spins respectifs, parallèles ou anti-parallèles?
.S'ils sont antiparallèles ils ont une probabilité non nulle d'être dans une même région commune. par contre s'ils sont parallèles la probabilité est nulle d'être dans une région commune
. Donc si l'on calcul la perturbation électrostatique au premier ordre (hamiltonien biélectronique) l'énergie du système parallèle sera inévitablement plus basse pour les spins parallèles.

C'est çà l'origine du magnétisme, qui est la tendance naturelle a aligner les spins pour minimiser l'énergie électrostatique. A remarquer que ce mécanisme est le même qui arrive pour les atomes a couches incomplètes (règles de Hund)

[Karibou Blanc]

Ok je comprends mieux. Est-ce cet hamiltonien d'interaction électrostatique à deux corps que l'on "modélise de manière effective" habituellement par l'interaction d'échange d'Heisenberg :
entre deux spins ?

Maintenant que ce passe-t-il dans le cas d'un solide antiferro, pour lequel l'état fondamental est obtenu avec des spins anti parralleles ?

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[mariposa]

Ok je comprends mieux. Est-ce cet hamiltonien d'interaction électrostatique à deux corps que l'on "modélise de manière effective" habituellement par l'interaction d'échange d'Heisenberg :
entre deux spins ?

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Excatement. L'hamiltonien d'Heisenberg est l'hamiltonien effectif qui correspondrait au système à 2 corps précédemment. L'avantage de cet hamiltonien lorsqu'il décrit bien la réalité expérimentale est d'être construit sous les contraintes de symétrie du groupe d'espace (la version discrete du groupe de poincaré) donc les J(i,j) indépendant prennent en compte tous les efffets physiques y compris ceux que l'on ne peut pas nommer.

Maintenant que ce passe-t-il dans le cas d'un solide antiferro, pour lequel l'état fondamental est obtenu avec des spins anti parralleles ?
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On peut appréhender le problème avec 2 atomes A et B.
A posséde 1 électron dans une couche "s". B possède 2 électrons de spins opposés dans une couche "s".
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On voit que rien ne se passe si on retourne le spin sur A. Donc si l'on avait un ensemble de telles molécules indépendantes on aurait un "gaz de spin" donnant lieu au paramagnétisme.
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Maintenant supposons que l'on a un cristal monodimensionnel d'atomes A et B alternés et l'énergie des orbitales "s" respectives tres différentes en énergie. On aura 1 bande pleine formée a partir de B et une bande à moitié" pleine formée à partir de A. on aura donc formation d'une bande A dont l'effet est de contribuer à l'énergie de liaison du cristal. On a donc rempli la bande A avec des paires de spin opposés. Certes en faisant cela on perd de l'énergie d'échange , mais on gagne encore plus par diminution de l'énergie cinétique resultant de la formation de la bande A.
.
Il y a une manière plus générale d'expliquer cela. Si on se place du point de vue d'1 électron il y a

1 un trou dit de Coulomb ou trou de corrélation qui fait que la probabilité d'avoir de la densité électronique autour de celui-ci est faible et ce indépendamment du spin.
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2- un trou d'échange qui fait que pour Un spin up il y a 1 vide d'électrons de même spin autour de celui-ci et abaissant la contribution électrostatique totale.

Seulement en réduisant le volume "accessible" entre électrons de même spin on augmente l'énergie cinétique des électrons ce qui n'est pas favorable à l'énergie totale.
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En bref il y a compétition entre divers termes qui déterminera le caractère isolant ou métallique mais aussi le type de magnétisme: para, ferro, antiferro, héli etc.. Tout çà pour minimiser l'énergie totale du cristal cad diminuer l'énergie électrostatique sans pour autant augmenter l'énergie cinétique.

Telle est l'origine fondamentale du magnétisme, un pur et non banal problème d'électrostatique!!.

[philou21]

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...
Telle est l'origine fondamentale du magnétisme, un pur et non banal problème d'électrostatique!!.

Et surtout que la fonction d'onde doit être antisymétrique par rapport à l'échange des coord de deux électrons. Autrement pas de trou d'échange.

[Karibou Blanc]

Merci beaucoup pour m'avoir rafraichi la mémoire mais aussi éclairé mes idées la dessus.

[melchisedec]

Salut,

Un aimant stocke une certaine quantité d'énergie qui correspond au fait qu'à l'intérieur des spins pointent dans la meme directions. La manifestation de cette quantité d'énergie se fait par apparition d'un champ magnétique autour de l'aimant. Via ce champ magnétique l'aimant peut transférer une partie de cette énergie à d'autres objets si tant est qu'ils soient chargés électriquement et en mouvement par rapport à l'aimant.
Conséquence l'aimant s'use à force d'attirer des objets (ou de faire rayonner des particules chargées en état de mouvement accéléré). Le truc à comprendre est que la particule chargée déviée par l'aimant engendre à son tour un champ magnétique qui vient perturber l'organisation des spins dans l'aimant. Si l'aimant fournit une grosse quantité d'énergie pour dévier une particule très lourde, ou très rapide, la réponse magnétique n'en sera que plus grande, les spins se désordonnent et l'énergie stockée dans l'aimant est perdue. Enfin perdue au sens ou elle a servi à dévier la charge électrique.
donc les choses sont claires dans le cas ou la particule déviée produit un champ magnétique permettant de désaimanter l'aimant. Dans le cas ou ce champ est faible devant celui de l'aimant...je ne sais pas et j'y réfléchis encore. Si quelqu'un a une idée, plausible.

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SI cette interprétation est la bonne avec les milliards d'électrons que croisent un aimant dans sa vie il devrait se décharger en une fraction de seconde non ?

[invite11f2a3ff]

Salut,

L'explication donnée au message 13 par Karibou blanc me satisfait pas mal, mais il me semble qu'il faut juste ajouter une correction à la phrase suivante

les spins se désordonnent et l'énergie stockée dans l'aimant est perdue. Enfin perdue au sens ou elle a servi à dévier la charge électrique

Je dirais plus précisément : perdu au sens où elle a servi à faire rayonner la particule. Est-ce que je me trompe ?

Sinon votre discussion sur l'origine du magnétisme a l'air passionnante mais je ne suis pas encore assez loin malheureusement pour la suivre. Vivement dans quelques années

@+

[melchisedec]

Salut,

L'explication donnée au message 13 par Karibou blanc me satisfait pas mal, mais il me semble qu'il faut juste ajouter une correction à la phrase suivante



Je dirais plus précisément : perdu au sens où elle a servi à faire rayonner la particule. Est-ce que je me trompe ?

Sinon votre discussion sur l'origine du magnétisme a l'air passionnante mais je ne suis pas encore assez loin malheureusement pour la suivre. Vivement dans quelques années
@+

Ca ne vous fait pas bizarre de penser qu'un alignement de spin représente potentiellement une source d'énergie ?

[Karibou Blanc]

Ca ne vous fait pas bizarre de penser qu'un alignement de spin représente potentiellement une source d'énergie ?

Pas plus qu'une source d'eau en altitude ou un corps à une température plus élevé que son environnement ou encore une particule de masse non nulle ne représente une source potentielle d'énergie.

SI cette interprétation est la bonne avec les milliards d'électrons que croisent un aimant dans sa vie il devrait se décharger en une fraction de seconde non ?

Comme je l'ai signalé, il manque encore un gros détail qui n'est encore pas très clair pour moi, et qui concerne les cas ou l'intéraction entre la particule chargée et le champ de l'aimant ne suffit pas à le désaimanter. J'aimerai bien que quelqu'un au courant de la chose nous explique par quel moyen l'aimant s'use dans ces conditions.

perdu au sens où elle a servi à faire rayonner la particule. Est-ce que je me trompe ?

En un sens oui, le champ magnétique dévie la particule, celle ci se retrouve donc en état de mouvement accéléré et rayonne.

KB

[melchisedec]

Pas plus qu'une source d'eau en altitude ou un corps à une température plus élevé que son environnement ou encore une particule de masse non nulle ne représente une source potentielle d'énergie. KB

Formulons autrement alors : En quoi un ensemble de domaines en rotations alignés les uns par rapport aux autres est-il en mesure de fournir plus de travail (de déviation de particules chargées par exemple) qu'un ensemble dont les spins seraient moins nombreux à être coordonnés dans le même sens et la même direction ?

[Karibou Blanc]

Parce que plus il y a de spins orientés dans la même direction, plus le champ magnétique de l'aimant est grand, ce qui correspond à une plus grande énergie magnétique stockée :

grosso modo.

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