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L'énergie potentielle d'un électron



  1. #1
    Dark_Photon_X

    L'énergie potentielle d'un électron


    ------

    Dans le livre "Petit voyage dans le monde des quanta", l'auteur dis qu'un électron vois son énergie potentielle diminuer dans le voisinage du proton !

    Et j'ais deux questions ! L'énergie potentielle dans ce cas la c'est quoi ? L'énergie cinétique ? Ou quoi ?
    Et pourquoi cette énergie diminu dans le voisinage du proton ?

    Merci pour votre aide précieuse !

    -----

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  3. #2
    .:Spip:.

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    Salut !

    Attention a ne pas confondre energie potentielle et cinetique.

    Dans potentielle il y a pouvoir, au sens de peut se transformer en une autre forme d'energie.

    Si on lache une bille dans une pente (ou ta voiture ^^)et que l'on suppose qu'il n'y a pas de frottement, on aura
    E_m=E_p+E_c
    l'energie mécanique, somme des energie potentielle de pesanteur et cinétique est constante.
    E_p=mgz, Ec=1/2mv²
    Ep va donc diminuer car z va diminuer et v va augmenter, tu vois que l'energie potentielle se transforme en energie cinétique.

    Si tu prends un atome d'hydrogene, dans un point de vue classique avec un electron à une distance r du proton, son energie potentielle sera :
    K e²/r avec K=-1/(4pi epsilon_0)

    Cela se traduit dans un point de vue classique toujours par uen augmentation de vitesse de l'electron.

    peut etre que ceci pourrait t'eclairer encore plus.
    http://forums.futura-sciences.com/thread156499.html

    François
    Soyez libre, utilisez Linux.

  4. #3
    Dark_Photon_X

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    Je connais la différence de l'énergie potentielle et cinétique, seulement ce que je me suis mal exprimer, voici mes questions :
    - En quoi l'énergie potentielle de l'électron se transforme t'elle ? En énergie cinétique ?

    - Et la nature de cette énergie potentielle c'est l'énergie électrostatique ?

    - Pourquoi l'énergie potentielle de l'électron diminu t'elle dans le voisinage du proton ? Car elle se transforme en énergie cinétique ? Pasqu'il est attirer par le proton ?

    Merci de votre attention !

  5. #4
    Dark_Photon_X

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    Puis pour les équations je suis pas très fort (je n'ais pas fait d'étude scientifique), mais je vais tenter de comprendre en demandant des précisions sur ces équations !


    Si on lache une bille dans une pente (ou ta voiture ^^)et que l'on suppose qu'il n'y a pas de frottement, on aura
    E_m=E_p+E_c


    E_p c'est l'énergie potentielle ; et E_c l'énergie cinétique ! E_m l'énergie mécanique, c'est l'énergie totale ? Dans mes souvenirs je crois que l'énergie potentielle, plus l'énergie cinétique est égale a l'énergie totale, l'énergie mécanique c'est comme l'énergie totale dans un contexte mécanique ?!

    l'energie mécanique, somme des energie potentielle de pesanteur et cinétique est constante.
    E_p=mgz, Ec=1/2mv²

    mgz qu'est ce que c'est !

    Donc que E_p diminu, E_C augmente !



    Si tu prends un atome d'hydrogene, dans un point de vue classique avec un electron à une distance r du proton, son energie potentielle sera :
    K e²/r avec K=-1/(4pi epsilon_0)


    Cette équation la, je comprend pas du tous rien !


    Merci d'avance

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    Tonton Nano

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    Bonjour,

    Dans ce cas là, E_m est bien l'énergie totale (parce qu'il y en a pas d'autre (thermique, électrique ...)). Elle est constante que si le systeme est isolé (il ne recoit pas d'énergie ni n'en perd).

    mgz c'est l'énergie potentielle de pesanteur :
    m = masse
    g = accélération de la pesanteur (qui traduit la force d'attraction de la terre par rapport à la masse attirée).
    z = hauteur par rapport au sol.


    Pour maintenir une balle de masse m à la hauteur z, il faut une énergie de mgz (pour compenser l'attraction de la Terre). Quand on lache la balle, son énergie potentielle diminue (z diminue donc mgz aussi) et est convertie en vitesse (la balle "bouge") : c'est l'énergie cinétique 1/2mv².


    Pour K e²/r avec K=-1/(4pi epsilon_0)

    e = charge électrique de l'électron (équivalent de la masse pour les forces électrostatiques).
    epsilon_0 = permitivité diélectrique du vide (oui, je sais !) (équivalent de g (à peu de choses près))
    r = rayon de l'orbite électronique (distance électron-noyau) (équivalent de z)

  8. #6
    Dark_Photon_X

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    epsilon_0 = permitivité diélectrique du vide
    Tu peux m'expliquer vite fais ce que c'est un peu près ^^

    Puis aussi, K c'est égale a quoi ? K augmente quand r diminu donc !
    Et qu'est ce que c'est 4pi ?

    En tous cas grand merci, je comprend vraiment bien, et c'est vrai que dès qu'on explique à expliquer avec des équations ca deviens plus simple ! Alalalal qu'est ce que j'aimerais bien gérer les maths ! Mais y a trop de truc à apprendre !!

    Merci !
    Dernière modification par Dark_Photon_X ; 02/08/2007 à 23h13.

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  10. #7
    Tonton Nano

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    Spip a dit que K=-1/(4pi epsilon_0)
    C'est juste une constante physique.

    4pi c'est quatre fois la valeur de pi (pi = 3.14 ..... c'est le rapport entre la circonférence d'un cercle et son diamètre) donc 4pi est environ égal à 12,57.

    En gros, la permitivité diélectrique correspond à la facon dont un matériau est isolant électriquement. Celle du vide sert de référence pour les autres matériaux.


    Si ca t'intéresse, la plupart des forces "visibles" sont soit électromagnétique soit gravitationnelle (il en existe 2 autres mais à l'échelle subatomique).

    En physique, ces forces s'expriment de facon très similaire et leur énergie potentielle aussi.
    Energie potentielle de gravitation : mG / r (G n'est pas le meme que g !)
    r est la distance entre la source (dans l'exemple précédent c'est la Terre) et le point où l'on veut connaitre la valeur de l'énergie (la balle).
    G est une constante (universelle de gravitation) qui donne la force de l'énergie potentielle de gravitation par rapport à une autre énergie potentielle.
    m est la charge gravitationnelle, c'est à dire la quantité intrinsèque à l'objet qui réponds à la gravitation.

    Energie potentielle électrostatique (pas de magnétisme ici parce que sinon, on ne s'en sort pas) : e / (4pi epsilon_0 r)
    Ici, c'est la même chose :
    r est toujours la distance
    1/(4pi epsilon_0) est la constante qui caractérise l'énergie potentielle électrostatique (au même titre que G pour la gravitationnelle).
    e est la charge électrique, dont la quantité qui réponds à la force électrostatique.

    C'est deux domaines (gravitation et électrostat) sont très similaires, sauf que la masse (m) est toujours positive et que la charge élec. peut être négative (c'est pour cela que la gravitation attire alors que les forces électrostat. peuvent attirer ou repousser !).

  11. #8
    Dark_Photon_X

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    Merci pour toutes ces informations ! Mais j'ais encore des questions mais je vais devenir chiant ! Pourquoi utiliser 4Pi avec l'isolation de l'électron (dans le cas d'un potentiel énergique électrostatique) ? Et K, c'est quoi comme constance ?

    Je penses qu'après ca, j'aurais plus de questions !

  12. #9
    Dark_Photon_X

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    Puis aussi tous ca ne m'explique pas pourquoi quand r diminu E_c augmente ! Pourquoi donc donc ?

    Merci d'avance !

  13. #10
    Tonton Nano

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    Hum hum ...
    pourquoi 4pi ? Heu ... A vrai dire je ne sais plus vraiment pourquoi ! Ca doit venir des équations de Maxwell (qui décrivent les champs électromagnétique) et des équations de propagations des ondes ...

    Bref, ca ne s'explique pas vraiment comme ca, il faut se plonger dans les équations.

    Le K, c'est juste un moyen d'écrire 1/(4pi epsilon_0) plus rapidement. Comme on a toujours 1/(4pi epsilon_0) partout dans les équations, pour gagner du temps, on appelle ca K et on va plus vite en n'écrivant que K. C'est sur que pour une seule fois ca ne sert à rien mais après une ou deux pages de calculs, on trouve ca assez utile. Donc, K c'est juste une facon d'écrire. Si tu préfères, tu peux l'appeler W ou alpha ou n'importe quoi, du moment que ceux qui te lisent le savent ...


    r diminue quand E augmente ... c'est vrai que j'ai pas répondu à la question !

    Si on utilise la formule donnée par spip, l'energie potentielle de l'électron à la distance r du noyau est
    K e²/r
    donc, si r diminue, 1/r augmente et K e²/r augmente (puisque K et e² ne varient pas).

  14. #11
    obi76
    Modérateur*

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    le vient de la conservation de l'énergie en calculant son flux sur une surface de Gauss si je ne m'abuse...

  15. #12
    Dark_Photon_X

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    Donc K e²/r=v ? Mais concrétement je vois pas trop pourquoi ! Plus l'électron s'approche du noyau plus son énergie potentielle dois diminuer (comme dans le schéma énergie potentielle gravitationnel avec z (hauteur)), et dans le schéma de l'énergie potentielle c'est quand r diminue que v augmente et fais donc gagner de l'énergie cinétique a l'électron ! Dans le schéma d'énergie potentielle gravitationnel l'objet gagne de la vitesse en tombant ! Mais dans le cas de l'électron, il en gagne ou ? En étant attirer par le proton ? Plus il est attirer par le proton plus il gagne de la vitesse, et donc plus son énergie potentielle diminue ?

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  17. #13
    obi76
    Modérateur*

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    Non, une équation est quelque chose de rigoureux decrivant une équivalence.
    Dans ce que tu a écris tu a dis qu'un potentiel est égal à une vitesse, les unités sont fausses.
    L'ENERGIE potentielle se TRANSFORME en énergie cinétique. Tu peux écrire une équivalence, comme .

  18. #14
    Dark_Photon_X

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    D'accord se transforme, se converti, ca va j'avais compris ! J'ais juste pas fais gaffe quand j'ais écrit ! Mais ca répond pas à ma question !

  19. #15
    obi76
    Modérateur*

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    ce que je viens de dire est plus important que tu ne le crois.

    Pour répondre à ta question, .
    Si tu considère l'énergie potentielle et cinétique, tu as (en considérant l'électron comme particule) :
    .
    Plus r est petit, plus K/r est grand et plus doit être grand pour que l'expression ci-dessus reste vraie.
    plus grand => v plus élevé, CQFD

  20. #16
    Dark_Photon_X

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    Merci pour cette équation ! Mais concrétement, pourquoi cette formule => 1/2mv²-K/r = cste

    cste c'est l'énergie totale j'imagine ! Et si r diminue alors 1/2mv² augmente, et ca sera la vitesse qui augmentera, donc l'énergie cinétique ! Ca je comprend, mais ca ne dit pas pourquoi !

    Avec l'énergie potentielle gravitationnel, quand l'énergie potentielle diminu, c'est que l'objet perd en hauteur car il est attirer par la gravité, et donc il gagne de la vitesse et donc de l'énergie cinétique !

    Je veux la meme phrase mais avec l'énergie potentielle électrostatique ^^


  21. #17
    obi76
    Modérateur*

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    que ce soit gravitationnel, électrostatique ou autre, tout système isolé possède une énergie totale constante (en considérant l'énergie potentielle, cinétique, chimique etc). C'est un principe fondamental (entre autre de la thermodynamique).
    Si tu considère uniquement un électron et un noyau d'un atome (l'hydrogène c'est encore plus simple), l'énergie totale de l'électron se traduira en une somme d'énergie cinétique et potentielle, si l'une diminue, l'autre augmentera. C'est pareil avec n'importe quel système sans échange d'énergie.

    La même phrase : plus l'énergie potentielle de l'électron diminue, plus son énergie cinétique augmentera....

  22. #18
    Dark_Photon_X

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    Ouais en gros personne a la réponse pasque désolé obi76 mais c'est pas la réponse que j'attend ! Pasque dans le cas de l'énergie potentielle gravitationnel on arrive à identifier de quel facon cette énergie potentielle est traduite (mgz), et pourquoi quand celle ci diminue par la variable z (la hauteur) elle gagne en vitesse (un objet attirer par un objet gravitationnel gagne en vitesse) ! Donc la, pour moi ca me semble clair ! Dans le cas de l'énergie potentielle électrostatique, qu'on me dise ba c'est simple c'est un principe, ca m'explique rien ! Ca serais comme dire, une voiture avance pasque FP (force d'appui sur la pédale) = V sur sol plat ! Et donc ca n'explique pas ce qui se passe entre les deux !

    Plus l'électron est éloigner du proton (de maniére statistique), plus celui ci à une énergie potentielle forte, une énergie qui peut se traduire en vitesse ! Pourquoi ?

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  24. #19
    .:Spip:.

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    Hello, (a 2 h du mat, je dors moi ^^ )

    Tonton nano a fait une erreur

    Ep= K e²/r avec K = -1/(4pi epsilon0)

    le "-" vient du fait que le noyau a uen charge +e et l'electron, -e

    Quand r diminue, la valeur absolue de Ep augmente, mais comme celle ci est négative, elle diminue bel et bien. j'ai mis en piece jointe la courbe de 1/r avec en rouge une partie (r>0, c'est tout ce qui nous interesse) de -1/r.
    tu vois bien que quand r chute, l'energie aussi.

    j'espere avoir répondu a ta question.

    comme tu verra dans le lien du message2, on a adopté ici un modele classique, dit modele de bohr
    http://fr.wikipedia.org/wiki/Mod%C3%A8le_de_Bohr (ici pour voir de quoi il en retourne)

    Maintenant, le système n'est pas en réalité isolé (dernière question de l'exo), ce qui amène à une erreur du modele (l'electron se crash sur le noyau).

    mais Bohr n'a pas eu le nobel pour rien, il a reussit a avoir des orbites quantifiées, ce qui était déja un grand pas.

    François
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    Soyez libre, utilisez Linux.

  25. #20
    Dark_Photon_X

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    Ba non ca m'explique que moyennement ! Pasque j'ais bien compris les équations, mais ca permet juste de quantifier la transformation d'énergie potentielle en énergie cinétique, mais ca n'explique pas pourquoi et comment ! Pasque voila je demande pourquoi quand r est diminue, pourquoi l'énergie cinétique augmente et on me répond que c'est pasque l'électron conserve son énergie totale d'accord ! Mais pour moi ca c'est pas une explication ! Moi je veux savoir pourquoi, avec des mots, quand le rayon de l'électron diminu, son énergie cinétique augmente !

    Quel est le rapport entre r et l'énergie cinétique, ou la vitesse de l'électron !

  26. #21
    .:Spip:.

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    je ne vois pas ce qui bloque.

    Si tu veux une phrase : il y a conservation de l'energie.
    Tout tient la dedans.

    Supposons que tu as sur un même plateau de balance un tas de lentilles et un tas de riz. Pour conserver le même poids, si t'enleves des lentilles, tu devra ajouter du riz. c'est aussi simple que ca.

    François

    PS : pasque n'existe pas en français, on dit "parce que"
    Soyez libre, utilisez Linux.

  27. #22
    Dark_Photon_X

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    L'énergie se conserve d'accord, les lentilles partes et on le remplace par du riz, pourqui lorsque le rayon de l'électron diminue, les lentilles tombe et est remplacer par du riz ! Pourquoi lorsque le rayon de l'électron diminu l'énergie dois se transformer ?

  28. #23
    .:Spip:.

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    si ton rayon diminue, alors Ep diminue aussi (cf l'equation et le graphique que j'ai posté), comme Ep+Ec doit etre conservé, Ec doit augmenter

    or Ec varie selon v², donc v augmente.

    François
    Soyez libre, utilisez Linux.

  29. #24
    obi76
    Modérateur*

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    Le proton exerce sur l'électron une force électrostatique. Lors du rapprochement de l'électron, cette force travaille et contribue donc à l'accélération de l'électron (donc à son augmentation d'énergie cinétique).
    Or, l'énergie potentielle lorsque l'électron se rapproche diminue.
    l4un augmente, l'autre diminue et il se trouve par la loi de conservation d'énergie que la somme des 2 reste constante.

    maintenant si tu te demande pourquoi il y a conservation de l'énergie, c'est un postulat (quoique je me demande dans les théories poussées s'il n'y a pas un début d'explication mais je perds pieds) .

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  31. #25
    Dark_Photon_X

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    Ouais pasque tous ca répond pas trop a ma question Car me répondre

    ":Spip:. si ton rayon diminue, alors Ep diminue aussi (cf l'equation et le graphique que j'ai posté), comme Ep+Ec doit etre conservé, Ec doit augmenter

    or Ec varie selon v², donc v augmente.

    François"

    Pour moi c'est comme si je demandais comment roule une voiture, et qu'on me réponde (oui je reprend mon exemple, je l'aime bien), qu'elle avance selon la force éxercé sur la pédale d'accélération, c'est à dire qu'on m'explique rien sur le pourquoi du comment, on quantifie le systéme mais on le qualifie pas !

    Je pensais bien que le proton exerce une force électrostatique sur l'électron qui lui fait augmenter sa puissance, je penses que c'est ca la réponse, plus l'électron s'approche du proton puis il prend de la vitesse et donc de l'énergie cinétique, il perd donc de l'énergie potentielle car il perd de la distance avec le proton !

    Je penses que jke me contenterais de cette réponse jusqu'à nouvelle ordre

    Merci pour votre aide, votre patience, et pour m'avoir aider a mieu comprendre certaine chose


  32. #26
    .:Spip:.

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    je comprend ce qui ne te vas pas.

    Pour moi, jusqu'ici tu me demandais pourquoi lorsque l'e- se rapproche du noyau, son Ep diminuer et Ec augmente

    mais la tu demandes comment !!!, ce qui suggère d'avantage un mécanisme qu'une justification de conservation énergétique. tu avais dit pourquoi au message 22

    La question, je pense que c'est à celle la que tu pense serait:
    comment un électron peut il se rapprocher du noyau ?

    il faut etre précis dans le choix des mots.

    Alors, si l'on prend uen quantification de l'orbite :


    Alors on a des orbites de rayon r_n (c'est exactement l'exo que ej t'ai montré). Et un electron passera d'une orbite n à une orbite n+1 en absorbant un photon, et pas n'importe lequel, celui de fréquence tel que En+1-En=h f
    En étant l'énergie de la nieme orbite

    on a processus d'émission si tu veux que l'on descende d'une orbite.


    François
    Soyez libre, utilisez Linux.

  33. #27
    Dark_Photon_X

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    Non non ma question c'était bien pourquoi La réponse que j'attendais été "Le proton exerce sur l'électron une force électrostatique. Lors du rapprochement de l'électron, cette force travaille et contribue donc à l'accélération de l'électron (donc à son augmentation d'énergie cinétique)." ! Mais m'expliquer en disant, c'est un postulat que l'énergie potentielle se traduit toujours en énergie cinétique ! Mais pour moi ca me répondais pas précisément ! La réponse d'avant de obi76 me convien parfaitement !

    Mais merci de m'indiquer que l'électron se rapproche du proton avec le photon (qui est la particule méssagére de la force électromagnétique !) Chose que j'apprendrais bientot plus en détail avec le livre, lumiére et matiére

  34. #28
    benkhalifa460

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    imaginer un électron qui se rapproche de du noyau tout à coup il se plonge dans "la gravitation" du noyau plus il s'approche plus la force augmente d'ou sa vitesse augmente d'ou son énergie cinétique augmente . la conservation d'énergie impose que son énergie potentielle diminue pour ne pas y avoir une énergie suplémentaire qui vient de nul part car le système est isolé . Ec+Ep ne varit pas au cours du temps . cependant là il y a un problème l'électron ne gagne pas de l'energie cinétique indéfiniment car il risquerait de s'écraser sur le noyau c'est pour ça que la physique quantique intérvient (il arrive un moment où l'électron ne peut pas s'enfoncer d'avantage dans le champs du noyau car l'énergie qu'il pourrait y aquérrir ne lui est pas permise .

  35. #29
    Sine92

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    si ca permet que tu comprene mieux : la pesenteur deja on oublie au niveau du noyau/proton.

    Lelectron est proche du noyau sur son niveau fondamental a la base : cest a dire quil "gravite" pour faire court autour du noyau avec une energie minimale.Lorsque tu eleve cet electron a un niveau plus haut, son energie potentiel va croitre, la force electromagnetique va diminuée (sa vitesse jen sait rien a vrai dire jai pas encore aborder la notion de vitesse "autour du noyau" en MQ), jusqua un certain seuil ou l'attraction electromagnetique du noyau ne se fera plus ressentir.

    il me semble que l'energie potentiel va se transformer en rayonnement electromagnetique corespondant a la transition entre deux niveaux.

    Voilou

  36. #30
    rorobleu

    Re : L'énergie potentielle d'un électron

    On sais que Em= Ep+Ec
    et que Ec (énergie cinétique) est lié a la vitesse de l'objet
    l'électron perd de l'énergie potentiel et gagne de l'énergie cinétique mais a un certain moment il ne pourra plus gagner d'énergie cinétique puisque l'énergie cinétique est lié a la vitesse et que la vitesse est limité a 300 000Km/s
    Mais on sais aussi que l'énergie est conservatrice donc l'électron aura toujours une énergie potentiel (et une énergie cinétique) et c'est d'ailleurs pour cela (à vérifier) que l'électron ne tombe pas sur le proton
    D'ailleurs l'électron "tourne" autour du proton a une vitesse constante proche de celle de la vitesse de la lumière

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