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Phénomène quantique et vie courante



  1. #1
    Lad

    Lightbulb Phénomène quantique et vie courante


    ------

    Bonjour !

    Je cherche un phénomène quantique qui est à l'origine de fait de la vie courante !

    En plus de ça, je voudrais qu'il soit facile à expliquer à des élèves d'un niveau TS !

    Personnellement j'avais pensé au four micro-ondes, en expliquant rapidement la spectroscopie de rotation (c'est au programme de TS) car le maximum du spectre d'absorption est caractéristique de la température. Mais d'après ce que j'ai vu les mouvements excités par les micro-ondes sont en fait des mouvements de librations ... Bref ça devient compliqué (et hors programme) et du coup je cherche autre chose.

    Merci de votre aide !

    -----
    Imagination is more important than knowledge ... Think different !

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  3. #2
    Barmecides

    Re : Phénomène quantique et vie courante

    Je ne suis pas sure d'avoir bien compris la question, mais l'electronique n'est-ce pas une application courrante qui n'aurait jamais vu le jour sans la mecanique quantique ?
    Ou la diode qui eclairera bientot tout, ce qui est tres proche ?

  4. #3
    Konrad

    Re : Phénomène quantique et vie courante

    La physique quantique a engendré beaucoup d'applications, et apporté des explications à beaucoup de phénomènes... L'électronique, le LASER, pourquoi le ciel est bleu...

    Malheureusement aucun phénomène accessible à partir du programme de TS ne me vient à l'esprit...
    "Un clavier AZERTY en vaut deux."

  5. #4
    Fauvea

    Re : Phénomène quantique et vie courante

    Bonjour,

    c'est un peu hors sujet mais on peut faire une super expérience avec un micro-onde:
    http://jlnlabs.online.fr/plasma/gmrtst/indexfr.htm

    Il s'agit de créer un plasma au bout d'une pointe en carbone (graphite bien sûr).
    Je n'ai pas essayé moi-même mais ça me tente bien et ça peut être intéressant de plancher sur l'origine de ce phénomène.

  6. #5
    Fauvea

    Re : Phénomène quantique et vie courante

    Une autre expérience qui a l'air super amusante:
    http://jlnlabs.imars.com/lifters/

    Il s'agit de construire un engin volant avec seulement une alimentation haute tension (d'après mes souvenirs), de l'alu et des petits batonnets.
    Cet engin fonctionne apparemment grâce à l'effet Biefeld-Brown. Un théoricien quantique pourrait peut être nous expliquer ce qu'est cet effet?

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    duschnok

    Re : Phénomène quantique et vie courante

    Citation Envoyé par Fauvea Voir le message
    Une autre expérience qui a l'air super amusante:
    http://jlnlabs.imars.com/lifters/

    Il s'agit de construire un engin volant avec seulement une alimentation haute tension (d'après mes souvenirs), de l'alu et des petits batonnets.
    Cet engin fonctionne apparemment grâce à l'effet Biefeld-Brown. Un théoricien quantique pourrait peut être nous expliquer ce qu'est cet effet?
    Je crois pas que ce soit quantique... C'est pas plutot une histoire d'ionisation du gaz sur une électrode, qui est accéléré vers l'autre électrode, d'où la poussée ? (idée absolument incertaine, je ne suis pas une source fiable )

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  10. #7
    Lad

    Re : Phénomène quantique et vie courante

    Citation Envoyé par Barmecides Voir le message
    Je ne suis pas sure d'avoir bien compris la question, mais l'electronique n'est-ce pas une application courrante qui n'aurait jamais vu le jour sans la mecanique quantique ?
    Ou la diode qui eclairera bientot tout, ce qui est tres proche ?
    J'ai jamais fais d'électroniques, en électricité j'ai le niveau PCSI/PC, et du coup je vois pas ce que la mécanique quantique apporte en électronique ? Quelles sont ces applications ?

    La physique quantique a engendré beaucoup d'applications, et apporté des explications à beaucoup de phénomènes... L'électronique, le LASER, pourquoi le ciel est bleu...
    Pour ce qui est du ciel bleu, il me semble que c'est lié au fait que les longueurs d'ondes jaunes sont diffusées par l'atmosphère et du coup on voit le ciel bleu (couleur complémentaire). Est ce que tu peux m'explique l'origine quantique ? C'est le genre d'exemple qui est intéressant car moi je me rappelle que ça m'avait marqué quand on ma expliqué pourquoi le ciel est bleu !!!

    Je ne suis pas physicien, je suis plus chimiste (en fait je fais de la chimie-physique ) donc ma connaissance de la mécanique quantique est très liés aux applications qu'on en fait en chimie donc c'est pour ça que je comprend pas trop ce qui est quantique dans ce que vous me dites !!
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  11. #8
    gatsu

    Re : Phénomène quantique et vie courante

    Citation Envoyé par Lad Voir le message
    J'ai jamais fais d'électroniques, en électricité j'ai le niveau PCSI/PC, et du coup je vois pas ce que la mécanique quantique apporte en électronique ? Quelles sont ces applications ?
    La description microscopique d'un métal ne peut pas se faire sans la mécanique quantique. En particulier la distinction physique entre les isolants, conducteurs et semi-conducteurs pour ne citer qu'eux ne se fait que via la théorie des bandes qui est une application directe de la mécanique quantique.


    En fait selon moi le truc le plus simple possible (conceptuellement) expliqué par la mécanique quantique accéssible au TS est la liaison chimique...vu que tu es chimiste ça devrait te parler

    Il y a aussi la réaction du support qu'on utilise tout le temps en mécanique newtonnienne en TS et bien fondamentalement elle est d'origine électromagnétique et quantique via le principe d'exclusion de Pauli.

    Les lampadaires dans la rue sont des lampes à décharges qui fonctionnent soit au sodium soit au mercure. L'explication de la lumière orangée émise par ces lampes (si elles sont à vapeur de sodium) est donnée par la MQ.

  12. #9
    ThéoricienQuantique

    Re : Phénomène quantique et vie courante

    Bonjour à tous,

    Je trouve le post très interessant car à mon sens, on a trop tendance à reléguer la MQ hors de notre expérience quotidienne. Parmis les phénomènes quantiques dont on ne pense jamais qu'il le sont on peut trouver:

    - Prenez une boule à plasma (le truc transparent qui fait des éclairs violets qui se dirigent vers doigts lorsque vous les posez dessus). (image : http://tesla.nicoinn.be/site/tesla23.jpg). En posant vos doigts dessus vous ne ressentez aucune décharge électrique. Placez maintenant une pièce à la surface de la boule puis approchez lentement votre doigt. En dessous d'une certaine distance (liée à la tension et au coeff d'ionisation de l'air ) une étincelle stable apparait entre la pièce et votre doigt (attention sa brûle pas mal si on reste 10s, après sa sent la grillade...).
    Il s'agit d'un effet tunnel tel que le MQ les prédit mais avec des ondes EM cette fois : là où à l'intérieur de la boule il y a un arc électrique, une onde évanescente se créée à la surface du verre et dont la décroissance dans l'air et le verre est exponentielle. En revan che lorsque vous placez une pièce; cette onde évanescente, rencontre un milieu conducteur dans lequel elle se propage très bien et une partie de l'énergie Em incidente sur la face interne du verre est transférée dans la pièce qui ne demande alors plus qu'à se décharger dans vos doigts... C'est le meilleur équivalent de l'effet tunnel que je connaisse et que l'on puisse observer macroscopiquement.

    - Un autre effet auquel on ne pense jamais est le reflet de la lumière sur un verre. Lorsque l'on regarde à la fenêtre on observe l'image extérieure et bien sûr un reflet (4% pour l'interface air-verre). Celui s'explique très bien par les équations de Maxwell mais on montre que celles ci sont l'application de la MQ au photon (plus exactement on peut quantifier le champ EM). D'ailleurs les équations d'Helmoltz et de Schrödinger sont les mêmes pour des ondes planes.

    Justification de ces deux exemples: (les lettres en gras sont des vecteurs)

    Considérons un milieu transparent isotrope dont l'indice est stationnaire. On suppose présente dans ce milieu une onde EM de la forme : E(r,t) = e E(x) exp(-iwt) , avec e unitaire perpendiculaire à Ox.

    D'après Maxwell (calcul du double rotationnel) :
    d²E(x)/dx²+(n²w²/c²)E(x) = 0 (équation de propagation).
    Or l'équation de Schrödinger stationnaire est :
    d²Fi(x)/dx²+2m/hbar²(E-V)Fi(x) = 0 avec E l'énergie et V constant sur une zone de l'espace.

    De fait ces équations sont identiques si l'on pose:
    (2m)/hbar²(E-V) = n²w²/c²

    D'autre part, en un point x où l'énergie potentielle V (et donc l'indice n donné ci dessus) subit une discontinuité, les conditions de raccordement pour Fi(x) et E(x) sont les mêmes : ces deux fonctions ainsi que leurs dérivées premières doivent rester continues. L'analogie entre ces deux équations permet donc d'associer à un problême de MQ un problême d'optique : la propagation d'une onde EM de pulsation w dans un milieu d'indice n subissant des discontinuités de type V constant sur des zones d'espace (potentiel carré par ex).
    On a donc :

    n(w) = 1/(hbarw)*racine (2mc²(E-V))

    On voit que si V> E la solution est de la forme exp(-px) analogue à l'onde évanescente dont j'ai parlé dans l'exemple 1 et si E>V la particule passe analogie avec une onde lumineuse dans un milieu transparent d'indice n réel. je viens donc de justifier rapidement l'analogie très forte entre EM et MQ. Pour aller plus loin on peut tenter d'appliquer la formule de l'indice aux photons en prenant comme masse équivalent du photon hbarw/c² on obtient :

    n(w) = racine ( 2(E-V)/hbarw).

    Dans le verre classique : n = 1,5 ce qui indique que E -V = 2,5eV pour une lumière à 500nm (vert). En somme le reflet d'une lumière verte ne devrais aps exister si les photons étaients classiques puisque leur énergie est supérieure à la barrière de potentiel.

    Donc on peut justifier ces deux exemples en disant qu'il s'agit de situations très analogues à la MQ en expliquant l'effet tunnel avec les mains ainsi que le reflet.

  13. #10
    gatsu

    Re : Phénomène quantique et vie courante

    D'après Maxwell (calcul du double rotationnel) :
    d²E(x)/dx²+(n²w²/c²)E(x) = 0 (équation de propagation).
    Or l'équation de Schrödinger stationnaire est :
    d²Fi(x)/dx²+2m/hbar²(E-V)Fi(x) = 0 avec E l'énergie et V constant sur une zone de l'espace.

    De fait ces équations sont identiques si l'on pose:
    (2m)/hbar²(E-V) = n²w²/c²
    C'est rigoureux de dire ça ?
    Même si l'analogie formelle est sympa je ne crois pas que ça marche (mais je peux me tromper )

  14. #11
    ThéoricienQuantique

    Re : Phénomène quantique et vie courante

    Cette analogie formelle est en fait la trace de la profonde ressemblance entre électromagnétisme et MQ. Elle est reprise en détail dans le tome I de 'Mécanique Quantique' par Claude Cohen Tannoudji, Bernard Diu et Franck Laloë. Attention cependant de ne pas confondre formellement E et la fonction d'onde d'un photon.

  15. #12
    Coincoin

    Re : Phénomène quantique et vie courante

    Salut,
    Personnellement, je pense que le plus simple d'accès, c'est de parler des transitions dans les niveaux d'énergie quantifiés. C'est purement quantique, ça peut rester simple, et le laser c'est magique !
    Encore une victoire de Canard !

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  17. #13
    Gwyddon

    Re : Phénomène quantique et vie courante

    L'émission spontanée. C'est purement quantique aussi, et c'est un truc inexplicable sans la quantification du champ EM.

    Sinon le fait que tu ne passes pas à travers le sol c'est quantique aussi (principe de Pauli)
    A quitté FuturaSciences. Merci de ne PAS me contacter par MP.

  18. #14
    gatsu

    Re : Phénomène quantique et vie courante

    Citation Envoyé par ThéoricienQuantique Voir le message
    Cette analogie formelle est en fait la trace de la profonde ressemblance entre électromagnétisme et MQ. Elle est reprise en détail dans le tome I de 'Mécanique Quantique' par Claude Cohen Tannoudji, Bernard Diu et Franck Laloë. Attention cependant de ne pas confondre formellement E et la fonction d'onde d'un photon.
    Justement dans le Cohen tannoudji ils précisent bien que l'électrmagnétisme n'est pas de la MQ, l'illustration en introduction avec la loi de Mallus à un photon permet juste à quelqu'un qui ne connait que la poalrisation de se faire une idée de la bizarrerie quantique si j'ose dire.

    Tu dis bien que E(x) n'est pas une fonction d'onde mais tu dis que les deux equation sont identiques si (2m)/hbar²(E-V) = n²w²/c² y a un problème là non? et c'est quoi 2m là dedans

  19. #15
    ThéoricienQuantique

    Re : Phénomène quantique et vie courante

    Je ne dit pas que les équations sont identiques je dis simplement qu'elles ont une forme très similaire. Je n'ai pas dis qu'il s'agissait d'une approche rigoureuse de l'électromagnétisme par la théorie quantique mais simplement (comme pour la loi de Malus à un photon) une explication montrant l'analogie entre deux phénomènes. Enfin l'approche formelle (quantification du champ EM) montre bien que cette analogie n'est pas le fruit du hasard mais bien le résultat de similitudes profondes. Ceci explique que l'on puisse justement faire de tels rapprochements : les comparaisons MQ/EM sont très fécondes pour expliquer simplement des phénomènes observés et puisqu'elles sont le reflet d'une réalité commune profonde, je ne vois pas où est le problême.
    Pour m j'ai pris la masse équivalente du photon : hv/c² ou hbarw/c²

  20. #16
    ThéoricienQuantique

    Re : Phénomène quantique et vie courante

    Il s'agit en fait d'une erreur de choix du mot : par identique je veux dire dans leur forme, qui plus est l'identification de E à Fi si elle fausse par nature (fi est complexe, pas E) témoigne de l'analogie dont je parle, c'est en faisant cette identification que l'on perd tout caractère formel.

  21. #17
    Pio2001

    Re : Phénomène quantique et vie courante

    Citation Envoyé par Lad Voir le message
    J'ai jamais fais d'électroniques, en électricité j'ai le niveau PCSI/PC, et du coup je vois pas ce que la mécanique quantique apporte en électronique ? Quelles sont ces applications ?
    Deux applications magistrales : la diode, et le transistor.

    En dopant le silicium avec d'autres atomes (dopage P ou N), on modifie le niveau d'énergie quantique de l'ensemble des éléctrons, ce qui permet de créer une barrière de potentiel qui ne s'ouvre que dans un sens (diode) à la jonction entre un milieu P et un milieu N.
    Le transistor, c'est en quelque sorte "une diode et demie". Au lieu d'assembler deux morceaux de silicium en "PN", on en met trois en "PNP" ou en "NPN". Ca fait un transistor.

    Sinon, la base de la mécanique quantique : observer un tube fluorescent dans un spectroscope. Au lieu de voir un arc-en-ciel complet, on voit des raies (plus un fond continu).
    En expliquant que la lumière est émise par les électrons qui chutent d'un niveau d'énergie après avoir été excités par le courant électrique, et que la couleur détermine l'énergie des photons, on constate que l'énergie des électrons autour des atomes est quantifiée.

    Mise en évidence de la nature corpusculaire de la lumière : l'effet photoélectrique cesse de fonctionner en dessous d'une certaine longueur d'onde. On a beau envoyer des masses de photons, pas un seul n'a une énergie suffisante pour éjecter un électron en dehors de l'atome.
    Par contre je ne sais pas si c'est facilement réalisable, comme expérience.
    (Mise en évidence de la nature ondulatoire : diffraction par une fente).

  22. #18
    Jum06

    Re : Phénomène quantique et vie courante

    Salut!!!

    Si je peux m intégrer dans le débat j ai pas une énorme expérience en physiques puisque je suis au lycée mais notre prof nous a donné comme exemple concret de la mécanique quantique les néons de la salle de cours!!

    Il nous avait même fait passer des espèces de systèmes de lentilles (genre jumelle mais avec pas du tout la même fonction) avec lesquelles on voyait apparaitre différentes couleurs bien précises en fonction de leurs longueurs d ondes respectives en regardant les néons!!! Bon je suis peut-être pas hyper clair mais j espère que vous m avez compris quand même. En relisant mon cours j ai vu que l on avait analysé le spectre de raie d un gaz contenu dans un néon mais j ai pas retrouvé le nom du matériel utilisé!!

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  24. #19
    Jum06

    Re : Phénomène quantique et vie courante

    Ok desolé j avais pas lut le dernier post, il s agit bien de spectroscope!!

    Bon c est pas une expérience extraordinaire mais au moins tout le monde comprends...enfin je crois!!

  25. #20
    GillesH38a

    Re : Phénomène quantique et vie courante

    Il y a beaucoup plus simple : la plupart des couleurs des objets usuels qui nous entourent sont dues à des absorptions sélectives de la lumière par des molécules de colorants, et donc au caractère quantique de ces molécules. (Il n'y a rien en méca classique qui puisse justfier une forte différence d'absorption entre 0,4 et 0,8 micromètres !)

    La simple impénétrabilité de la matière est également due au principe d'exclusion de Pauli, et ne s'explique pas par la mécanique classique. Il en est de même de l'ensemble des réactions chimiques, ce qui fait pas mal de phénomènes.

    En fait, il serait plus juste de dire que la quasi-totalité des phénomènes usuels observables autour de nous (à part la gravitation) etaient inexplicables sans la Meca Q !

  26. #21
    Lad

    Re : Phénomène quantique et vie courante

    Merci beaucoup !!

    C'est vrai que l'existence des couleurs c'est un bon exemple !

    Au début de ce sujet, on avait un peu discuté du fait que le ciel est bleu. Est ce que l'origine est elle aussi quantique ? Pour moi c'est du au fait que l'atmosphère diffuse principalement la couleur bleu et c'est pour ça que le ciel est bleu.

    Est ce que je me trompe ou non ? J'aimerais avoir un peu plus de précision car j'ai un peu oublié tout ça ...
    Imagination is more important than knowledge ... Think different !

  27. #22
    Coincoin

    Re : Phénomène quantique et vie courante

    La couleur du ciel s'explique très bien sans physique quantique, avec le modèle de l'électron élastiquement lié.
    Encore une victoire de Canard !

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