Thermodynamique

[invité576543]

Bonsoir,

Dans le même ordre d'idée (directivité de la lumière, et aspect intermédiaire entre chaleur et travail), on peut citer le radiomètre de Crooke, non?

Cordialement,
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[invite7ce6aa19]

Faudra que tu m'expliques comment une pile à courant continu fait pour qu'il n'y ait pas de passage d'électrons à la frontière. Il ne me semble pas que bilan nul de transfert de matière soit la même chose que l'absence de passage de matière à la frontière. Dans tous les cas, il s'agit encore d'une subtilité de vocabulaire, ce que je soulignais.

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Tout simplement: divJ + drho/dt = 0

J = cte donne rho =0
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En fait il presque impossible de s'écarter de la neutralité pour un matériau. Quant localement le milieu est chargé c'est le résultat interne entre un courant de conduction et un courant de diffusion. L'exemple pédagogique est le jonction PN

[/QUOTE]

[invite7ce6aa19]

En regardant dans le Wiki, on trouve cette phrase:

Cordialement,

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Dans wiki il y a beaucoup de bonnes choses mais aussi des betises.
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dans un conducteur il y a transfert d'électrons mais l'integrale de la densité d'électrons ne bouge pas d'un ïota.
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D'ailleurs un courant s'écrit:
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J= n.e.mu.E

n est la densité électronique
mu la mobilité
E le champ électrique appliqué.
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Cette expression est valable à E=0 (équilibre thermodynamique) et E quelconque (hors d'équilibre thermodynamique).

[invite7ce6aa19]

Sinon, sur ce point précis, si la lumière est un transfert de chaleur, quel est la température à prendre en compte dans la variation d'entropie, dans le dq/T? Pour la Terre le rayonnement entrant et sortant a en première approximation la même puissance moyenne. Mais qui de de l'entropie? Doit-on prendre pour T la température du rayonnement (5800 K pour l'entrant, 250 K pour le sortant), ou la température de la l'objet terrestre qui reçoit ou émet le rayonnement?

Cordialement,

Le calcul de l'entropie reçue par unité de volume et par unité de temps pour un corps hors d'équilibre thermodynamique est facile dès lors qu'il existe un équilibre thermodynamique locale (non nécessairement global).
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C'est dS/dt = 1/T .div.FI

div.FI c'est la divergence du flux radiatif (ce peut-être la divergence du flux de conduction thermique).

[invite7ce6aa19]

Bonjour

le dQ/T n'est valable que pour un système en équilibre thermique avec un thermostat (si il y a un thermostat à Te mais que le système n'est pas à l'équilibre thermique, l'entropie échangée est dQ/Te mais il y a aussi de l'entropie créée) ,

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C'est exacte sauf que dans les problèmes réels les systèmes hors d'équilibre peuvent être décrits comme des petits systèmes à l'équilibre thermodynamique local (voir mon post précédent).

ce qui n'est pas le cas dans le cas de la lumière si ce n'est pas un rayonnement de corps noir.

La nature de la lumière n'a aucune espèce d'importance. Il suffit de calculer la lumière absorbée dans un peit volume élémentaire. Chaque longueur a son coefficient d'absorbtion

[invité576543]

Bonjour,

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dans un conducteur il y a transfert d'électrons mais l'integrale de la densité d'électrons ne bouge pas d'un ïota.

Certes. Le bilan des transferts non nuls d'électrons est nul. L'expression "qui n'échange pas de matière" est ambigüe, entre échanges à bilan nul et pas d'échanges du tout. C'est juste un problème de vocabulaire, pas de physique.

Cdlt,

[invite7ce6aa19]

Bonjour,



Certes. Le bilan des transferts non nuls d'électrons est nul. L'expression "qui n'échange pas de matière" est ambigüe, entre échanges à bilan nul et pas d'échanges du tout. C'est juste un problème de vocabulaire, pas de physique.

Cdlt,

Ok, j'ai compris l'ambiguité du langage que tu soulèves. Néanmoins dans le contexte de la pratique de la thermodynamique, il n'y a pas de confusion possible. En général les situations typiques où il y a échange de matière sont les réacteurs chimiques: il y a des espéces A et B qui rentrent dans le système, réagissent chimiquement et donne en sortie des espèces C et D.

[invite8915d466]

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.La nature de la lumière n'a aucune espèce d'importance. Il suffit de calculer la lumière absorbée dans un peit volume élémentaire. Chaque longueur a son coefficient d'absorbtion

Bonjour

Je pense que si... Si la distribution n'est pas celle de PLanck, il y a une énergie libre disponible qui permet de produire du travail : par exemple l'absorption photosynthétique stocke de l'énergie libre chimique dans les hydrates de carbone. La photosynthèse ne pourrait pas marcher en cas d'équilibre thermique avec un rayonnement de corps noir à la températture de la plante, c'est le fait que le rayonnement solaire ne soit pas à l'ETL justement qui la permet. (Son spectre en fréquence est celui d'un rayonnement à 6000 K mais sa densité d'énergie est celui d'un rayonnement à 300 K, et il est anisotrope : l'énergie est donc distribuée sur un volume de l'espace des phases plus petit qu'à l'ETL, ce qui est la source de sa néguentropie).

Cordialement

Gilles

[invite7ce6aa19]

Bonjour

Je pense que si... Si la distribution n'est pas celle de PLanck, il y a une énergie libre disponible qui permet de produire du travail : par exemple l'absorption photosynthétique stocke de l'énergie libre chimique dans les hydrates de carbone. La photosynthèse ne pourrait pas marcher en cas d'équilibre thermique avec un rayonnement de corps noir à la températture de la plante, c'est le fait que le rayonnement solaire ne soit pas à l'ETL justement qui la permet. (Son spectre en fréquence est celui d'un rayonnement à 6000 K mais sa densité d'énergie est celui d'un rayonnement à 300 K, et il est anisotrope : l'énergie est donc distribuée sur un volume de l'espace des phases plus petit qu'à l'ETL, ce qui est la source de sa néguentropie).

Cordialement

Gilles

Bonjour Gilles,

Je ne suis pas sûr que l'on parle de la même chose. Une bactérie photosyntétique, une feuille, une pomme de terre ou n'importe quoi qui rèlève du vivant ne sont pas des systèmes thermodynamiques.

Comme je l'ai expliqué, dans un autre fil, ce fut la grande déception de Prigogine de n'avoir pas pu étendre la thermodynamique aux systèmes physiques loin de l'équilibre et plus encore au monde du vivant.
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Je me contente de dire que pour un système hors d'équilibre thermodynamique que l'on peut décrire comme un ensemble de système à l'équilibre thermodynamique local (comme en Mécanique des fluides) alors l'accoissement (algébrique) est ds/dt= 1/T .dq/dt où l'origine du dq peut être n'importe quoi et donc par de rayonnement (par exemple). Bien entendu il faut qu'a l'échelle microscopique le système relaxe vers un nouvel équilibre thermodynamique local.
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a l'évidence on ne peut pas appliquer ce raisonnement à une mitochondrie!
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Cordialement

[invite8915d466]

Bonjour Gilles,

Je ne suis pas sûr que l'on parle de la même chose. Une bactérie photosyntétique, une feuille, une pomme de terre ou n'importe quoi qui rèlève du vivant ne sont pas des systèmes thermodynamiques.
Comme je l'ai expliqué, dans un autre fil, ce fut la grande déception de Prigogine de n'avoir pas pu étendre la thermodynamique aux systèmes physiques loin de l'équilibre et plus encore au monde du vivant.

la tu m'étonnes, je pense que les êtres vivants sont tout aussi soumis aux lois de la thermo ! Prigogine a peut etre echoué a trouver des lois déterministes pour les systèmes hors équilibre, mais il me semble que la vie est assez bien décrite qualitativement par le concept de structure dissipative.
Mais le raisonnement n'a pas besoin d'utiliser un être vivant. Prenons un panneau solaire dont l'énergie électrique est utilisée pour faire marcher un frigo, d'ou vient le travail nécessaire pour expliquer la diminution d'entropie?

Je me contente de dire que pour un système hors d'équilibre thermodynamique que l'on peut décrire comme un ensemble de système à l'équilibre thermodynamique local (comme en Mécanique des fluides) alors l'accoissement (algébrique) est ds/dt= 1/T .dq/dt où l'origine du dq peut être n'importe quoi et donc par de rayonnement (par exemple). Bien entendu il faut qu'a l'échelle microscopique le système relaxe vers un nouvel équilibre thermodynamique local.
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a l'évidence on ne peut pas appliquer ce raisonnement à une mitochondrie!
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Cordialement

bien d'accord, mais l'ETL suppose en particulier que le rayonnement soit proche du rayonnement du corps noir à la température locale (à une petite perturbation près décrivant le transfert radiatif). Ca se passe à l'intérieur d'une étoile par exemple, mais plus du tout à l'extérieur, le rayonnement ne pouvant plus etre thermalisé quand la matière devient optiquement mince. Le rayonnement solaire a une u.a. n'est plus du tout à l'ETL, en revanche celui réemis par la Terre a 10 microns l'est a peu près (à 300 K) : c'est l'irréversibilité du processus de conversion qui permet à la vie de subsister.

Cordialement

Gilles

[invite7ce6aa19]

la tu m'étonnes, je pense que les êtres vivants sont tout aussi soumis aux lois de la thermo ! Prigogine a peut etre echoué a trouver des lois déterministes pour les systèmes hors équilibre, mais il me semble que la vie est assez bien décrite qualitativement par le concept de structure dissipative.
Mais le raisonnement n'a pas besoin d'utiliser un être vivant. Prenons un panneau solaire dont l'énergie électrique est utilisée pour faire marcher un frigo, d'ou vient le travail nécessaire pour expliquer la diminution d'entropie?

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L'idée générale des structures dissipatives était de montrer que l'on pouvait avoir de l'ordre dans la matière hors d'équilibrer à condition d'échanger de l'énergie et/ou de la matière avec l'extérieur. C'était une réponse à la mort thermique de l'univers et c'était une explication générale, comme tu le dit, pour expliquer la non- contradiction entre les phénomènes du vivant et la thermo.
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Néanmoins l'explication des cellules dissipatives n'a pas permi une extension de la thermodynamique des systèmes irréversibles aux systèmes très loin de l'équilibre. Les explications ont été intégrées dans la cadre de la thèorie des systèmes dynamiques non linéaires dissipatifs (par opposition à conservatifs). Même chose pour les approches synérgétiques de Haken.

[invite7ce6aa19]

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bien d'accord, mais l'ETL suppose en particulier que le rayonnement soit proche du rayonnement du corps noir à la température locale (à une petite perturbation près décrivant le transfert radiatif).

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Suppose que ton système à l'ETL contienne dans son spectre d'absorbtion une raie unique très étroite. Il y aura absortion d'énergie suivant une loi:

dI/I° = -alpha.dx.
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Cette énergie concentrée initialement sur des états éxictés va se répartir sur tous les degrès de liberté du système et réaliser un nouveau ETL infiniment voisin. Le spectre de la lumière ne joue aucun role là-dedans.

Ca se passe à l'intérieur d'une étoile par exemple, mais plus du tout à l'extérieur, le rayonnement ne pouvant plus etre thermalisé quand la matière devient optiquement mince. Le rayonnement solaire a une u.a. n'est plus du tout à l'ETL, en revanche celui réemis par la Terre a 10 microns l'est a peu près (à 300 K) : c'est l'irréversibilité du processus de conversion qui permet à la vie de subsister.

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Oui cela montre bien que l'ETL n'est pas toujours rempli, c'est une affaire de cas. Par exemple pour la physique de l'atmosphère terrestre l'ETL est parfait c'est pourquoi on peut faire de la mécanique des fluides "sympatique".
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Cordialement.

[invite8915d466]

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Suppose que ton système à l'ETL contienne dans son spectre d'absorbtion une raie unique très étroite. Il y aura absortion d'énergie suivant une loi:

dI/I° = -alpha.dx.
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Cette énergie concentrée initialement sur des états éxictés va se répartir sur tous les degrès de liberté du système et réaliser un nouveau ETL infiniment voisin. Le spectre de la lumière ne joue aucun role là-dedans.

hum je pense que si. Deja l'absorption nette n'a lieu que si la température du système à l'ETL n'est pas egale à celle du rayonnement (celle du corps noir correspondant à la même intensité spécifique), sinon en vertu des relations d'Einstein l'absorption compense exactement l'émission. Il faut donc deja une différence de température entre le rayonnement et le matériau.

A la reflexion, on doit pouvoir effectivement considérer le rayonnement comme de la chaleur, mais à une "température effective" dépendant de manière complexe du spectre , telle que dS = dQ/Teff, ce qui répondrait à la question de Mmy, et qui explique aussi la possibilité de produire du travail par l'existence de cette "source chaude" à Teff, est ce que ça satisferait tout le monde? .

Gilles

[invité576543]

Bonsoir,

Si on prend un four solaire, un système de miroirs qui concentre au maximum la lumière solaire, on obtient une source chaude à la température maximum celle du rayonnement, 5800 K. Cette source chaude peut être utilisée comme source de chaleur dans une machine thermique, avec transfert totale de la puissance reçue.

Quel autre choix y-a-t-il que considérer alors que dS = dQ/T_☼, avec T_☼ = 5800 K ?

Doit-on considérer que les miroirs on un effet particulier sur l'entropie? Si cet effet est nul (ça semble assez réversible!), alors il semble cohérent que toute absorption de rayonnement solaire se fait avec dS = dQ/T_☼ ?

Plus généralement, la Teff de Gilles peut être exactement cela, la température max que l'on peut obtenir par concentration optique...

Cordialement,

[invité576543]

Pour continuer le cas du four solaire, les miroirs peuvent être inclus dans le système. La limite au rendement est bien proportionnelle à 1 - Tf/T_☼. Je ne vois pas comment on peut conclure autre chose que l'entropie entrante en dQ/T_☼... (Et plus généralement comme Teff la température max obtenable par concentration optique, par le même argument.)

voilà, voilà...

Cordialement,