surfusion vs agitation thermique

[inviteca4b3353]

Car si en dégazant l'eau, elle garde à peu prés la même masse volumique, alors la limite des 10 mètres => (), reste la même.

Il peut y avoir dans son cas cet effet de sous ébullition dont j'ai parlé au début.
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[invite58549cb8]

Bon pour rester dans le cadre de la pression négative,
il y a ce site:
http://www.kfki.hu/~pressure/negpres1.htm
... avec des ref. qui ont l'air sérieuses...
Moi ca me bouleverse quelques concepts de thermo

[invite0617f33f]

La section de la colonne est petite, permettant à la tension superficielle de l'eau d'entrer en jeu de manière non négligeable. Cette tension de surface sur les parois "aide" la pression atmosphère à pousser l'eau jusqu'à 12,5m (comme dans les arbres). Il n'y donc pas de pression négative mais simplement une force supplémentaire.

Si la seule solution que je vois, maintenant ce système devrait etre stable, je n'arrive toujours pas à comprendre ce qu'a observé mbochud, ie la chute à 10m en tapant sur le tube...

C'est effectivement ce problème d'instabilité que je n'arrive pas à comprendre.
Dans un arbre le principal moteur de l'ascension de la sève brute est le gradient de potentiel hydrique créé par l'absorption racinaire d'un côté et l'évapotranspiration de l'autre. Le cas est donc sensiblement différent puisque l'on a affaire à un système ouvert.
Dans le cas de mbochud, je reste perplexe. Enfin la question que je me pose est : quelle est la pression en haut du tube ?

[invite82fffb5c]

La pression en haut du tube qui serait mesurée est très proche de 0.

Les calculs que l'on peut faire de cet pression ne sont que des approximations grossières de cette réalité. Si les calculs donnent un résultat abérant, il faut peut être considérer que le modèle n'est pas valable. Plutôt que de conférer à la nature des propriétés "étranges".

Que pourrait on avoir d'autre que P tendant vers zéro ?

Le fait que le modèle donne une pression de -25 kPa en haut, ne doit faire naitre qu'une seule idée : Qu'est ce que j'ai oublier de prendre en compte ?

Moi j'opte pour une hypothèse de frottement sec, ceci impose que la colonne est été remplie par le haut. Ou bien remplit puis poser dans l'eau.

En tout cas, en pompant l'air d'en haut, l'eau ne serait jamais monter à 12.5m.

Cordialement,

[invite82fffb5c]

Une vibration du tube pourrait faire tomber les frottements sec à zéro. Le poid "réel" de la colone s'applique alors entierement sur la section inférieur. Cette section étant à 1 bar la colonne se stabilise à 10 mètre. Une fois "tombée" l'eau ne pourra plus retourner à sa position à 12.5m. C'est bien un équilibre instable.

Question : Existe t'il des frottements sec à l'interface liquide-solide ? (je pense oui)
Ces frottements peuvent ils être égale à zéro quand le tube entre en vibration ?

Que pensez vous de cette hypothèse (sans recours à la capilarité) ?

[invite8c514936]

Salut,

Juste quelques remarques à la lecture du fil...

(..)un fluide ne peut pas avoir une pression (absolue) négative.

Si si, il n'y a rien qui l'interdise fondamentalement ! Pour l'eau on peut descendre à des pressions négatives assez basses (il me semble que ça s'appelle l'étirement mais je n'ai pas retrouvé de ref).

Parce que par définition la température est l'énergie cinétique moyenne associée à cette agitation

Non ! ce n'est le cas que pour un gaz parfait. Dans le cas général, le potentiel d'interaction joue aussi. La température est l'inverse de la dérivée de l'entropie par rapport à l'énergie.

La pression, ce sont des chocs sur une paroi.

Non ! La pression c'est une quantité caractérisant le transport de quantité de mouvement dans le fluide. Dans le cas simple du gaz parfait dans une enceinte, ça correspond aux chocs, mais ça n'a rien de général.

Ce qui pèse un peu sur ces discussions j'ai l'impression, c'est cette image très simple du gaz parfait, des petites billes indépendantes, qui donnent certes une bonne première image de la température et de la pression, mais dont il faut se débarrasser pour avancer, surtout dans le cadre de la physique statistique !

[invite58549cb8]

merci deep_turtle!
Tu as l'air de confirmer mes débuts de lecture....
Aurais-tu des billes là-dessus (c'est l'impression que donne ton post )?
...des lectures à conseiller?

Et sur la manip évoquée, quel est ton point de vue?
Il faut avouer que ca semble peu "naturel"? ...intuitif en tout cas?
Mais peut-etre qu'un nouveau fil sur ce topic serait nécessaire...?
(vu l'ecart par rapport au titre de ce fil)

Cordialement,

PS: je persiste à dire et à croire que ca chamboule pas mal quelques définitions et "images" de la thermodynamique telle qu'elle est enseignée!

PPS: merci mchobud d'avoir soulever ce point ô combien intéressant!

PPS: ce que deep appelle étirement, du point de vue mécanique, c'est uniquement de la traction... A quand un module d'Young pour l'eau? (joke)

[invite93279690]

Il existe un théorème en physique statistique (le théorème central limite) qui s'énonce comme suit : l'énergie (d'agitation) thermique vaut kB.T fois le nombre de degrés de liberté. Ca inclut translations, rotations, vibrations. Donc la température est bien une moyenne de l'énergie cinétique de tous ces mouvements.

Juste un truc
C'est le théorème d'équipartition de l'energie dont tu parles qui est bien un théorème de mécanique statistique qui marche bien pour les systèmes dont les degrés de liberté s'identifient à des termes quadratiques dans le hamiltonien.
Le théorème centrale limite est par contre un théorème de math beaucoup plus général très utilisé (et mal utilisé d'ailleurs) en physique stat.

[invite0e4ceef6]

ce qui me marque en lisant les post sur cette fameuse collone d'eau a 12.5m, c'est que celle-ci est "pure" contrairement a une eau normale..

cette valeur de 12.5 est peut-etre simplement lié a un element pur, dont la structure est plus stable.. il n'y a pas d'impuretée créant une faiblesse structurelle(c'est toujurs là que ça lache en premier)

le fait qu'il ait eut une chute de la collone correspondrais bien a la première interprétation de mochbud, celle d'un etat de sous-ébulition de l'eau, et sans perturbation, pas d'ébulition..(du moins ça y ressemble)

est-ce que les force de vanderhall sont en jeu, j'ai été impréssioné par le fait que celle d'un morceau de caoutchouc naturel puisse retenir une boule d'acier de 1kg contre la force de gravité. morceau de caoutchouc en haut qui retient la boule en dessous comme un velpo une balle de tennis..

[invite8c514936]

Et sur la manip évoquée, quel est ton point de vue?

Je n'ai pas trop compris ce qui posait problème, à vrai dire...

« Naïvement », on dirait que l'eau est montée à 12,5 m dans un état métastable, puis a subi une transition de phase (si si), se séparant en une phase liquide de 10 m de haut et une phase gazeuse à la pression de vapeur saturante, juste au-dessus...

[invite82fffb5c]

Comment l'eau est mise dans le tube ?

Cette question est importante, car si on a remplit un tube de 15 mètres puis qu'on le retourne au-dessus d'une cuve, j'aimerais savoir comment ne pas faire de vibration. On observe alors un niveau "stable" à 12.5m (donc 2.5m de vide => P=0).

Je continue sur mon idée de frottement sec :

Pour moi grâce à la différence de pression entre le haut et le bas, on exerce une force sur la colone d'eau de : Patm*0.0001. Le vide est considéré en haut => P=0, et la pression atmosphérique est considérer en bas. La section du tube est 0.0001 m².

Si il existe des frottement sec du type F/S=A alors on a un frottement total de :
2*Pi*r*h*A

Le poid de la colonne d'eau est 2*Pi*r*h*1000. (1000 = masse volumique)

Le bilan des forces en statique est :
Ce qui donne pour la hauteur de liquide :

Ou encore, en isolant A, le coefficient surfacique de frottement sec, on a :

Ce qui donne avec nos valeurs numériques :
A = 974 N.m-2.

Beaucoup d'erreur on pu se glisser dans ce document, mais c'est comme ça que je vois votre problème.

Donc je pense que grâce à cette différence entre théorie et expérience, nous sommes capable d'en déduire les frottements secs entre l'eau et la paroi du tube, A=974 N.m-2 . A méditer, c'est mon avis. En tout cas, c'est un premier modèle, qui exique bien les 12.5m pour la hauteur d'eau. Et aussi le caractère instable de cette hauteur, car ce coefficient A peut chutter énormément lors d'une vibration rapide (choc) sur la structure.

[invite82fffb5c]

Dans le bilan des forces, j'ai oublié de multiplier la masse de l'eau par g. Ceci modifie les valeurs numériques calculées, mais pas le principe.

Qu'en pensez vous ?

[invite8c514936]

Comment l'eau est mise dans le tube ?

Dans les expérience que j'ai vues décrites, l'eau remplit complètement un récipient fermé par un piston, puis on tire sur le piston pour augmenter le volume occupé par le liquide.

[inviteca4b3353]

C'est le théorème d'équipartition de l'energie dont tu parles qui est bien un théorème de mécanique statistique qui marche bien pour les systèmes dont les degrés de liberté s'identifient à des termes quadratiques dans le hamiltonien.
Le théorème centrale limite est par contre un théorème de math beaucoup plus général très utilisé (et mal utilisé d'ailleurs) en physique stat.

Oui, en effet, j'ai confondu les deux. Je voulais parler du théorème d'équipartition.

[invite82fffb5c]

Si le même procédé a été appliqué à notre cas, c'est impossible. Dans ces conditions de l'eau ne montera pas au-dela de la limite des 10m.
L'eau y est introduite différament à mon avis. Et j'aimerais savoir comment...

[mbochud]

Bonjour,

énergie thermique

« énergie (d'agitation) thermique vaut kB.T fois le nombre de degrés de liberté » (Karibou Blanc)
Cette définition me satisfait et a l’avantage d’être générale.
(De là on peut déduire la capacité thermique des monoatomiques (3degrés), diatomiques (5degrés) etc..)
Si l’on chauffe un diatomique par exemple, l’énergie se répartit également sur tous les degrés de liberté (très fondamental théorème d’équipartition d’énergie). L’énergie cinétique prend donc le 3/5 de l’énergie thermique donnée. La capacité thermique d’un diatomique est donc le 5/3 d’un monoatomique.

« Non ! ce n'est le cas que pour un gaz parfait. Dans le cas général, le potentiel d'interaction joue aussi. La température est l'inverse de la dérivée de l'entropie par rapport à l'énergie. » (deep_turtle)
Question ; Cela est-il incompatible avec la définition de Karibou Blanc ?

[inviteca4b3353]

Salut,

Juste quelques remarques à la lecture du fil...


Si si, il n'y a rien qui l'interdise fondamentalement ! Pour l'eau on peut descendre à des pressions négatives assez basses (il me semble que ça s'appelle l'étirement mais je n'ai pas retrouvé de ref).


Non ! ce n'est le cas que pour un gaz parfait. Dans le cas général, le potentiel d'interaction joue aussi. La température est l'inverse de la dérivée de l'entropie par rapport à l'énergie.


Non ! La pression c'est une quantité caractérisant le transport de quantité de mouvement dans le fluide. Dans le cas simple du gaz parfait dans une enceinte, ça correspond aux chocs, mais ça n'a rien de général.

Ce qui pèse un peu sur ces discussions j'ai l'impression, c'est cette image très simple du gaz parfait, des petites billes indépendantes, qui donnent certes une bonne première image de la température et de la pression, mais dont il faut se débarrasser pour avancer, surtout dans le cadre de la physique statistique !

Certes, merci de m'en avoir informé. Je pensais que c'était vrai en général. Maintenant je saurais que c'est seulement le cas dans la limite des gaz parfaits.

Par contre, ca va me forcer à revoir ma représentation personnelle de ces concepts, c'est dommage je pensais avoir une image qui marchait bien. C'est pas byzance aujourd'hui... Mais bon merci quand meme

[mbochud]

Pression négative

« Cette tension de surface sur les parois "aide" la pression atmosphèrique à pousser l'eau jusqu'à 12,5m (comme dans les arbres). » (Karibou Blanc)
C’est vrai que l’eau monte plus haut dans un tube capillaire très fin.

C’est décrit par la loi de Jurin .Plus le tube est fin, plus ça monte haut. Mais ce n’est pas du tout notre situation.
Dans le cas de la capillarité on a un ménisque et les forces de Van der Waals ont un effet net qui peut faire monter (ou descendre) le liquide.
Mais là , on a pas de ménisque, donc pas de dissymétrie haut bas.
La force de capillarité dépend de la nature chimique du tuyau. Et je ne crois pas que, dans notre cas, elle ait une quelconque influence.
C’est uniquement la caractéristique de l’eau ( dipolarité) qui joue.
NB. Des observations (un peu rapides certes) avec du mercure n’ont pas montré de pressions négatives.


Je suis convaincu que cet effet est sans égard avec le diamètre du tube et la loi de Jurin ne s’applique pas ici. Mais j’admets que je n’ai pas fait l’expérience de varier le diamètre.

« un équilibre métastable » (VIN-100)
C’est certain.

Merci pour le lien pertinent

Liquids under negative pressure
Real negative pressure can be produced in condensed matter by triaxial pulling. …
there is no difference between overheated liquids and liquids under negative pressure, this is only a practical distinction of the same metastable region, based on the way, how we reached it


« frottement sec » (youry)
Un frottement sec de 2m avec de l’eau me paraît farfelu !

« En tout cas, en pompant l'air d'en haut, l'eau ne serait jamais monter à 12.5m »(youry)
Entièrement d’accord.

« il me semble que ça s'appelle l'étirement » (deep_turtle)
On parlerait ainsi de l'étirement d’un liquide au même titre que pour un solide mais dans une situation métastable.


« A quand un module d'Young pour l'eau » (vin-100)
Le problème n’est pas en soi le module d'Young qui est lié directement à la compressibilité (qui ne devrait pas changer dans la zone de pression ou de dépression) mais plutôt à la valeur max, de rupture.

Question. Quel devrait être la valeur maximale de pression négative de l’eau (dépendamment de ses caractéristiques et notamment de sa dipolarité) ?

« Dans les expérience que j'ai vues décrites, l'eau remplit complètement un récipient fermé par un piston, puis on tire sur le piston pour augmenter le volume occupé par le liquide. »( deep_turtle)
Oui, et ça revient au même.

[inviteca4b3353]

Question ; Cela est-il incompatible avec la définition de Karibou Blanc ?

C'est doit etre compatible uniquement dans le cas ou les intéractions ne sont pas dominante devant l'énergie cinétique. Si j'ai bien compris.

[mbochud]

C'est doit etre compatible uniquement dans le cas ou les intéractions ne sont pas dominante devant l'énergie cinétique. Si j'ai bien compris.

Je veux bien , mais un exemple m’aiderait à comprendre.

[invite82fffb5c]

« frottement sec » (youry)
Un frottement sec de 2m avec de l’eau me paraît farfelu ! (mbochu)

Dis comme ça c'est vrai, que ça parait énorme. Mais il faut garder à l'esprit que la structure (0.01 m de diamètre contre 12.5 m ) présente un petit volume par rapport à une grande surface. Mais c'est vrai que ça fait beaucoup quand même. Et ça n'explique donc pas la totalité de l'effet observé. Néanmoins, bien que ne connaissant pas le domaine des changement de phases, des "phases métastables" très bien, je crois que l'effet à chercher et d'ordre très pratique, et que le recours à des théorie très poussées est certainement abusif. Il faut cependant répondre à cette question car cette expérience a été mener de nombreuses fois, et pour ma part je n'ai jamais entendu parler de ça. Je pense que l'explication est d'ordre très pratique, l'expérience même pourrait être remise en question surtout si elle n'est pas reproductible.

J'aimerais savoir comment l'eau se retrouve dans le tube !!!

Cordialement,

[invite8c514936]

C'est pas byzance aujourd'hui... Mais bon merci quand meme

Faut dire que j'ai lu tout le fil d'un coup...

Je veux bien , mais un exemple m’aiderait à comprendre.

OK. Quand on peut négliger les interactions, l'évaluation statistique de l'entropie est assez simple, le nombre d'états est relié au volume accessible dans l'espace des phases, et ça se calcule très bien pour des particules libres. On trouve une expression de S(E), qui une fois dérivée par rapport à l'énergie E redonne bien la température habituelle, reliée à la vitesse quadratique moyenne.

En présence d'interactions c'est plus compliqué, il faut compter le nombre d'états différents dans le potentiel intermoléculaire (ça revient à résoudre l'équation de Schrödinger). Même dans le cas où l'on ne considère que des interactions à deux corps c'est très compliqué à faire en pratique. En tout cas, quand tu changes l'énergie de dE, l'entropie dS varie de manière compliquée, et l'inverse de la dérivée dS/dE n'a aucune raison d'être proportionnelle à la vitesse quadratique moyenne.

Bon, tout ceci étant dit, je vois que dans la page Equipartition Theorem de wikipedia, ils identifient allègrement l'énergie cinétique moyenne à 3kT/2 dans le cas d'un gaz non parfait...

Je creuse et je reviens....

PS : oups, croisement avec Youry.

[invite8c514936]

Et cette partie de la même page wikipedia dit exactement le contraire de ce que j'écris plus haut, c'est-à-dire que l'énergie cinétique moyenne est égale à 3kT/2. Visiblement je suis à la rue, faut que je bosse ma physique statistique...

C'est pas byzance aujourd'hui...

On monte un club ?

[invite8c514936]

Jamais deux sans trois, cette propriété n'est vraie que si l'interaction ne dépend pas de la vitesse, car le théorème d'équipartition indique que (en une dimension)
où H désigne le hamiltonien (l'énergie totale) et v la vitesse. Si la partie potentielle de H contient de la vitesse, kT est différent de l'énergie cinétique moyenne. Pas sûr que tout ça soit très pertinent ici, ceci dit...

[invite93279690]

Jamais deux sans trois, cette propriété n'est vraie que si l'interaction ne dépend pas de la vitesse, car le théorème d'équipartition indique que (en une dimension)
où H désigne le hamiltonien (l'énergie totale) et v la vitesse. Si la partie potentielle de H contient de la vitesse, kT est différent de l'énergie cinétique moyenne. Pas sûr que tout ça soit très pertinent ici, ceci dit...

Il me semble que le théorème d'équipartition est valable pour évaluer l'energie totale d'un système, lorsque chaque degré de liberté de ce système fait intervenir un terme quadratique (i.e. produit de 2 coordonnées de l'espace des phases) dans le hamiltonien de l'ensemble canonique...c'est comme ça qu'on le montre d'ailleurs.
ça marche pour certains gaz mono et pluri atomiques classiques, pour le modèle Dulong-Le Petit de la chaleur spécifique des solides...mais dès qu'on passe à une modélisation quantique ça ne marche plus cf modèle d'Einstein pour les solides par exemple.

[invite8c514936]

Salut,

Ben en fait, ce théorème permet aussi d'évaluer la partie cinétique et la partie potentielle, le lien anglais de wiki est vraiment trèèèès clair sur tout ça (il est estampillé article de top qualité chais pas quoi, d'ailleurs). Et c'est beaucoup plus général que pour des termes quadratiques (là encore, plein d'exemples sur wikipedia, dont l'oscillateur anharmonique avec un potentiel en x^s avec s quelconque).

Sinon en effet, ça prend une forme différente quand on prend en compte les aspects quantiques.

[invite93279690]

Salut,

Ben en fait, ce théorème permet aussi d'évaluer la partie cinétique et la partie potentielle, le lien anglais de wiki est vraiment trèèèès clair sur tout ça (il est estampillé article de top qualité chais pas quoi, d'ailleurs). Et c'est beaucoup plus général que pour des termes quadratiques (là encore, plein d'exemples sur wikipedia, dont l'oscillateur anharmonique avec un potentiel en x^s avec s quelconque).

Sinon en effet, ça prend une forme différente quand on prend en compte les aspects quantiques.

Effectivement je ne connaissais pas cette généralisation
qui est très très bien écrite dans ce lien comme tu le fais remarquer et dont la démonstration n'est en plus pas compliquée !

En revanche je ne comprends pas pourquoi ils insistent autant sur l'hypothèse ergodique à la fin alors qu'on parle du TEE. Puisqu'au final ils disent juste que ce théorème marche ssi on peut parler de température....ce qui semblait naturel non?
Attention ! je n'ai rien contre la théorie ergodique et le chaos hamiltonien bien au contraire mais justement je trouve que cette partie n'avait pas trop sa place dans ce paragraphe sur un théorème particlier de la méca. stat.
mais c'est un avis personel.