Thermodynamique ...
Bonjour a tous!
La thermodynamique est une branche de la physique qui ne me plait pas tellement, car appliquée a des exemples pas toujours geniaux (pistons, detentes, ...). Connaissez vous des applications interessantes de celle-ci en physique (hormis le rayonnement des corps noirs), par exemple en astrophysique, ... ?
Merci d'avance. Jo
Un copain ! Moi non plus j'aime pas trop la thermolol
La thermodynamique a été généralisée sous une autre appellation, celle de physique statistique. Celle-ci s'applique partout en physique, notemment pour tous les phénomènes concernant les distributions électroniques : physique des semiconducteurs, effet laser...
Tout atome possède des niveaux d'énergie, aussi est-il assez aisé d'imaginer qu'il en va de même dans un solide qui est constitué d'atomes. La propriété d'un solide d'être conducteur ou isolant (ou semiconducteur, semimétal ou supraconducteur) est liée à la disposition de ces niveaux d'énergie, à leur organisation en bandes d'énergie. La physique statistique a un rôle à jouer dans ces phénomènes puisqu'elle décrit la répartition des électrons dans ces bandes d'énergie en fonction de la température, dont découlent d'autre propriétés comme la conductivité du matériau etc. Tout ceci est très utile en modélisation.
D'autre part, c'est un fait assez peu répandu, mais l'effet laser est présent un peu partout dans l'Univers. Ainsi des nuages de gaz intersidéraux, très peu denses mais suffisamment étendus, peuvent être le siège d'émissions laser que l'on capte sur Terre. Je pourrai t'en dire plus à propos de tout ça si tu veux
On peut dire aussi que la thermody. a un role dans les galaxies et dans les cellulles par exemple mais je ne serais pas te donner d'ex precis. Il me semble pas que je ne me trompe pas en disant que cela a avoir avec le 2eme principe : l'entropie d'un systeme isolé est toujours cste ou croissante.
Pareil, j'ai jamais aimé la ThermoAlors que la physique statistique, qui permet de retrouver, en moyenne, les principes de la thermo, je préfère!
Ah oui, moi je veux bien que tu en dises plus à ce sujet!!D'autre part, c'est un fait assez peu répandu, mais l'effet laser est présent un peu partout dans l'Univers. Ainsi des nuages de gaz intersidéraux, très peu denses mais suffisamment étendus, peuvent être le siège d'émissions laser que l'on capte sur Terre. Je pourrai t'en dire plus à propos de tout ça si tu veux
Je ne savais pas du tout qu'on pouvait observer l'effet laser dans l'Univers.
Tout dépend ce que l'on entend par application "intéressante" : le fonctionnement de la locomotive à vapeur, du réfrigérateur, du moteur à explosion, etc. m'intéressent beaucoup.
A moins que l'on ne considère qu'une théorie est d'autant plus "intéressante" qu'elle est spéculative et a peu d'applications pratiques.
Tout jugement de valeur mis à part, la physique statistique se retrouve partout parce qu'elle correspond à un point de vue de description de la réalité complémentaire à des théories comme la mécanique quantique ou la relativité.
Les concepts de la physique statistique se retrouvent aussi bien en chimie qu'en optique ou en physique stellaire.
Bonjour tous le monde.
C'est vrai que la thermo des moteurs et autres réfrigérateurs beurk...
Toutefois c'est une clé fondamentale de beaucoup de domaine.
Avec la thermochimie elle est utilisée par tous les géologues qui étudient la formation et l'évolution de la Terre,magmas,éruption volcanique,réactions prébiotiques à l'origine de la vie et j'en passe.
Les équations de la structure stellaire reposent beaucoup sur elles (modèles polytropiques) et je ne parle même pas de son role dans la découverte de la radiation Hawking.
La theorie des cordes et surtout celle des Dp branes (M theory) à explosé à la suite de son role dans la dérivation/explication de l'entropie des trou noirs ,on l'utilise aussi pour comprendre la nucléosynthése primordiale.
Voici les cours de Caltech par le grand Kip Thorne.Regardez la première partie (cinétique,statistique) et la fin sur les trous noirs et la cosmologie.
http://www.pma.caltech.edu/Courses/p...002/index.html
Bonne lecture
En fait, ce n'est pas que les pistons-cylindres, refrigerateurs, et autres applications que j'ai vu jusqu'a present de la thermo. soient denuées d'utilité, au contraire meme, je trouve fort interessant de comprendre comment marche un frigo ou meme un moteur.
Mais ce que je veux, c'est que la physique me fasse "imaginer", chose que l'on ne peut pas faire avec ces exemples bien connues des thermodynamiciens.
En effet, la physique statistique est assez interessante, encore faut-il bien comprendre la theorie de l'information et celle de Shannon. D'autant plus que je n'aime pas trop parler de probabilité.
Pour Konrad -> Ravi d'etre ton copain lol. Pas de probleme pour que tu parles de l'effet Laser, j'attends meme avec impatience...
Pour mtheory -> Merci pour le lien!
Encore merci a tous pour vos reponse.
PS: J'ai entendu parler, et cela rejoins peut-etre ce dont tu parles, physicien, de la thermodynamique des etoiles. Quelqu'un peut-il m'en dire plus? Sauf si cela se refere au rayonnement des corps noirs, chose que je ne maitrise pas encore...
Rep Jo
Je comprend mieux ce que tu recherches.
A mon avis, il n'y a pas moins de mérite à être imaginatif sur des théories "classiques" que sur les sujets de recherche à la mode. Au contraire même.
Par exemple, même une théorie aussi vénérable que la gravitation newtonienne recèle encore des surprises après 300 ans (indépendamment de la théorie d'Einstein) : le dernier exemple en date étant la nature chaotique du système d'équations décrivant le système solaire.
En ce qui concerne la thermodynamique, il faudra peut-être encore des siècles pour en explorer toutes les conséquences théoriques, tout comme pour l'électromagnétisme classique ou la mécanique.
Pour la physique statistiques, c'est justement parce que les mathématiques associées aux probabilités ou à la théorie de l'information sont ardues, rebutantes, que certains concepts sont mal définis, qu'il reste peut-être des découvertes fondamentales à faire.
D'un point de vue pratique, on peut déjà "imaginer" pas mal de choses avec les lois connues, des nanotechnologies aux vols spatiaux interstellaires.
Pour compléter, je remet un lien vers un article posté par Deep_Turtle il y a quelques semaines, sur la thermodynamique, dans la rubrique "Lecture scientifiques" :
http://forums.futura-sciences.com/sh...ad.php?t=11994
A+
Voici un lien sur la structure stellaire.Pas trop complexe j'espère.
http://www.shef.ac.uk/physics/people...equations.html
Jo peux-tu préciser ce que tu entends par imaginer?
Lambda0 -> Non je ne signifie pas que les theories classiques meritent moins d'imagination. Disons que j'ai envie de ressentir ce que j'ai senti en decouvrant le mystere 'graviation' lorsque j'ai commencé a m'interesser a la physique, cette espece d'"excitation" que je pense tu as deja ressenti.
Merci pour le lien Lambda0!
Mtheory -> Le fait d'imaginer ce qu'il peut bien se passer dans un etoile par exemple, ce que je decouvre par la physique, me procure cette sensation indescriptible (tout adepte a la physique doit me comprendre je pense), une espece d'excitation (amoins que l'excitation soit l'effet de cette sensation?), en plus, n'ayons pas peur des mots, de me faire REVER. Mais les pistons et autres cylindres me font un peu moins rever lol ....
Pour les equations, non elles ne sont pas trop dures. Je sais que j'ai l'air d'un debutant, mais bon quand meme lol. Le plus dure sera certainement de decripter la langue anglaise (non pas que je sois nul en anglais, mais plutot que le manque de vocabulaire me fait perdre mon temps a chercher dans le dictionnaire tous les deux mots).
Merci d'ailleurs pour le lien.
Jo
Pour ce qui concerne l'effet laser, il faut déjà savoir comment il fonctionne dans un gaz. C'est Einstein qui a établi les notations pour chaque interaction rayonnement/matière :
- B12 décrit l'absorption d'un photon par l'atome, qui passe de l'état de basse énergie 1 à l'état d'énergie plus élevée 2
- A21 décrit l'émission spontanée, c'est juste l'atome qui revient dans son état d'équilibre 1
- B21 décrit l'émission stimulée ; l'atome est déjà dans l'état 2, un deuxième photon lui arrive dessus ce qui le fait émettre un photon d'énergie E[IND]12[/B] ; si le premier photon avait déjà cette énergie, c'est comme s'il avait été dupliqué : c'est la base de l'effet laser.
Comment mettre les atomes dans l'état 2 afin d'obtenir l'effet laser ? Longtemps les physiciens ont considéré que c'était impossible, à cause de la sacro-sainte loi de Boltzmann (plus précisément distribution statistique de Boltzmann) : la population de l'état 1 devait toujours être plus grande que la population 2, sinon le système n'était pas à l'équilibre... Il y aurait donc toujours plus de photons absorbés par les atomes dans l'état 1 que de photons émis par stimulation des atomes dans l'état 2.
La solution était trop simple pour être vue tout de suite : il suffit de pousser le système hors de l'équilibre, pour favoriser la population 2 ! Pour cela il faut fournir de l'énergie aux atomes pour les exciter dans l'état 2, en les chauffant ou en les soumettant à un rayonnement. Ensuite on en tirerait les photons stimulés. En utilisant suffisamment d'atomes excités, le gain de photons devient supérieur aux pertes par absorption ou autres, et on obtient des photons cohérents, tous de même énergie, en sortie...
Dans les nuages intersidéraux les atomes sont excités par les rayons cosmiques et les photons arrivant d'un peu partout. De la même manière, les atomes en se désexcitant vont provoquer des émissions stimulées chez leurs voisins. Le nuage est très peu dense, mais il est aussi très étendu, et sur des distances aussi énormes le gain est appréciable... C'est ainsi que l'on obtient de véritables lasers spatiaux, que l'on peut parfois détecter sur Terre.
Voilà comment d'un phénomène qui paraissait irréalisable au départ, on est arrivé à un phénomène qui est somme toute assez courant dans l'Univers, et devenu très facile à réaliser sur Terre, notemment avec les lasers à semiconducteur qui équipent les lecteurs CD/DVD et pointeurs en tous genres...
C'est juste pour taquiner,parce que le phénomène est le même et que seule la longueure d'onde change,mais c'est proprement un effet maser et pas laser.
Je crois que là tous le monde va rêver!
Ce site est superbe.
http://www.astrosurf.com/lombry/univers-voielactee.htm
Complément au message de Konrad:
Il est important de noter que les coefficients d'Einstein dépendent de la longueur d'onde et que l'émission stimulée (donc l'effet laser) est dominante pour les grandes longueurs d'ondes (infrarouge lointain, micro-ondes,..) alors que dans le visible, l'émission spontanée est dominante. Ce qui explique que les lasers naturels sont en fait des masers, et qu'il faut quand se donner un peu de mal pour obtenir une émission laser dans le visible.
mtheory:
Très beau site en effet
Jo:
Confidence pour confidence, je ne raffole pas non plus de la thermodynamique. Je suis plutôt "orienté" électromagnétisme et mécanique quantique.
Effectivement les "lasers" de l'espace sont en fait des masers...Cela dit le principe physique reste le même, c'était pour pas trop rentrer dans les détails
(PS : MASER = Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation, donc bien dans la partie micro-ondes du spectre et non le visible)
un aspect très interessant de la thermo est l'application aux diagramme de phases. ce que j'ai étudié dernierment sur les courbes ou les surfaces d'enthalpie libre en fonction des composition et des temperatures et pressions m'a plutot fasciné. mon stage de master2 et ma these porteront sur ca, appliqués par exemples aux problemes de solubilité (normale ou retrograde).
m@ch3
Apparement y'a des experts en "compression de gaz"...
Je vous soumet donc un PB rencontré sur une application professionnel, en espérant que quelqu'un pourra m'aider.
Nous sommes des utilisateurs de cartouches C02 utilisées pour des systèmes de désenfumage.
Pour notre application, nous percutons des cartouches libérant ainsi le gaz sous pression pour manœuvrer des vérins pneumatiques.
Nos cartouches sont calibrées en grammes. Nos calculs de besoin en volume de gaz nécessaire pour faire fonctionner une installation sont dépendants du volume des conduits et du vérin à alimenter, ainsi que la pression final à obtenir pour faire fonctionner notre installation.
Notre méthode de dimensionnement est très basique, et elle ne fait pas intervenir d’éléments importants tel que la température environnante (tous nos calculs se font à température ambiante 20°C).
Il nous est demander ce qu’il peut se produire si notre installation était soumise à une température ambiante de -25°C, nous ne sommes pas capable de répondre à cette question, nous savons qu’il y a forcément une incidence tendant à réduire la pression qui règnerait dans le vérin et les conduits après détente du gaz, mais quelle relation nous permet de quantifier cette incidence ?
Merci d'avance à qui pourra me renseigner.
Salutations.
PV=nRT, tout simplement doit etre une bonne approximation du comportement du gaz dans ces conditions
il s'agit de la loi des gaz parfaits
P pression en pascal
V volume en m3
n nombre de mole de gaz
R constante valant 8.314 SI
T temperature en kelvin
n=m/M avec m masse de gaz et M masse molaire du gaz (ici donc 44g.mol-1)
d'apres l'equation, pour une quantité de gaz donnée, une diminution de temperature entraine à pression constante une baisse de volume proportionnelle et à volume constant une baisse de pression proportionnelle.
donc à temperature plus basse, il faut utiliser un peu plus de gaz pour compenser
m@ch3
Dernière modification par mach3 ; 02/09/2004 à 16h41.
Merci pour ta réponse, je voulais effectivement utiliser cette formule, mais je pensais que le CO2 ne pouvait pas être considéré comme étant un gaz parfait...
Salutations.
Dans un gaz parfait on néglige toutes les interactions entre molécules ; en gros on considères qu'elles ne s'attirent ni ne se répulsent entre elles, et qu'elles passent les unes à travers les autres... Pas très réaliste comme modèle, mais pour la plupart des gaz ça donne de bons résultats.
Tant que la densité n'est pas trop élevée cette loi marche bien. Evidemment il y a certains fluides pour lesquels elle ne s'applique pas....
Je suis toujours à la recherche d'informations concernant le comportement du CO2 à basse température. J'ai appris qu'il existait un diagramme, que je me suis procuré.
Ce diagramme s'appel le diagramme de MOLLIER du CO2 qui défini les changements d'états du CO2 en fonction de P,V et T.
Gras PB, je ne sais pas le lire ce diagramme.
Et toi Konrad, aurais-tu des infos à ce sujet ? as tu déjà entendu parlé de ce diagramme et pourrais tu m'aider, j'ai un exemple très concrait que je soumetterais si qq'1 peut m'aider.
