Qu'est-ce que la "température" ?

[ClairEsprit]

Ah ! C'est bien de cela dont je m'étais étonné précédemment : un système pouvant changer spontanément d'état. Mon étonnement se cristallisait sur le terme "spontanément". Doute donc il y a, au moins dans quelques autres esprits...
Peut-on associer les états thermodynamiques (de la thermodynamique statistique) à l'espace des phases d'un système ? Si c'est le cas il n'y a pas tellement lieu de s'étonner que ce dernier se comporte comme l'espace des états quantiques, puisque le dernier est exactement dérivé du premier...
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[ClairEsprit]

Ca par contre, c'est facile à visualiser. Une boule qui oscille dans un bol est un système qui change tout le temps de configuration sans changer d'énergie

Cela je le "vois" parfaitement. Mais ça s'arrête au bout d'un moment, quand le système a minimisé son énergie potentielle.

S'il y a beaucoup de boules qui se tapent les unes sur les autres, alors elles échangent leurs énergies entre elles (en se cognant les unes contre les autres) sans même faire appel à un champ extérieur....

C'est complètement différent de la boule dans le bol... il n'y a pas de champ extérieur. Et donc je le "vois" beaucoup moins, surtout si vous me dites que cela ne s'arrête jamais ? (vous ne l'avez d'ailleurs pas dit).

[spi100]

Je l'ai sous la main, je vais regarder.

J'ai parlé trop vite, je n'ai pas le Diu dans cet appartement, mais j'avais le NGo de phy stat. Voilà ce que j'en tire.

Considèrons un système d'hamiltonien H, si le système est dans un etat |1> d'energie E , et que tu veux qu'il passe dans un etat |2> d'energie E , ça ne peut se faire que si l'hamiltonien est pertubé.
La prob de transition est alors donnée par <1|h|2>, ( h la perturbation). Je pense que tout l'argument est là, rien à redire.

A present, pour quoi est-ce que les transitions d'etats sont beaucoup plus probable quand le système est grand ?
On peut le comprendre, si on considère une boite cubique de dimension L, dans laquelle se trouvent des electrons. L'ecart entre les etats d'energie est 1/L. Si L est petit, il faut des fluctuations d'energie assez grandes, et les transitions restent peu probables. Par contre quand le système devient très grand, 1/L devient très petit, et la moindre fluctuation d'energie peut alors provoquer une transition vers un autre etat.

Maintenant dans ce que j'ai lu, la cause des fluctuations n'est pas forcemment liée à une perturbation extérieure. L'auteur (NGo) invoque aussi le principe d'incertitude pour dire que les fluctuations d'etat micro sont inévitables. Selon lui, on a une incertitude sur l'energie du système et les fluctuations sont donc inévitables même si le système est isolé. Des avis ?

[invite8c514936]

Il y a en effet deux façons de voir les choses :

1/ Celle de ngo que tu mentionnes, qui consiste à dire qu'un système réel, même isolé, n'est pas dans un état propre du hamiltonien (état stationnaire), c'est-à-dire que son énergie n'est pas parfaitement définie. Par contre tout état peut se décomposer sur les états stationnaires, avec des coefficients qui dépendent du temps. Le temps typique de variation de ces coefficients est relié à la dispersion en énergie des états considérés, comme tu l'écris.

2/ Celle que je mentionnais plus haut, qui consiste à partir d'un état propre du hamiltonien, et de se demander comment cet état est perturbé par l'extérieur et va passer d'un état propre à un autre.

Les deux approches se valent, je suis parti de la seconde pour rappeler combien il suffit d'une petite perturbation pour passer d'un état à un autre.

[invite63ea3fef]

Bon, ok on laisse les equations de côté.
Tu dis que seule la pression est tangible pour toi. Je suis d'accord pour un gaz, on peut effectivement dire que mesurer la pression, revient à mesurer la température.
Mais pour un solide par exemple, tu fais comment pour mesurer sa pression ? Le fait de le chauffer, tant que tu n'as pas atteint la température de fusion ou d'évaporation, ne fait que vibrer les atomes.
A température nulle, les mêmes atomes continuent à vibrer, non plus du fait de la témpérature mais des fluctuations quantiques. Dans ce cas, tu as vibration et pourtant température nulle, gênant non ?

Dans un corps solide porté à une certaine "température", il y a bien mouvements i.e vibrations des atomes et des molécules ( http://forums.futura-sciences.com/sh...ad.php?t=25706 )

Mais il me semble que quand on touche un coprs solide, ce qu'on ressent c'est bien une agitation thermique de molécules et d'atomes qui vibrent et donc se déplacent. Et ainsi il existe une pression "globale" qu'on peut mesurer en plongeant le corps dans un liquide et en calculant la pression du mercure d'un thermomètre qu'on plonge dans le liquide après que l'équilibre thermique est atteint (quand la température du liquide cesse de monter ).

Maintenant ce qui pose problème si j'ai à peu près compris les posts qui ont suivi, c'est de savoir si un système thermodynamique arrive à l'équilibre parfait à quelque moment (il y a toujours si peu que ce soit des échanges de quantités de chaleur avec l'extérieur, même si les minimes variations de "température" qui leurs correspondent ne sont pas décelables avec un thermomètre).

Au fond la Physique théorique, ça se résume à quatre forces fondamentales dont on ignore complètement la nature (mais dont on maîtrise parfaitement les conditions d'existence) + des équations mathématiques + du MOUVEMENT !

[spi100]

A ce stade, que ce soit le point de vue 1 ou 2, on peut dire que les fluctuations sont indispensables pour qu'il y ait passage d'un etat micro à l'autre, il n'y a pas de magie et il y a bien une cause.
Il n'est effectivement pas très heureux de dire qu'elles sont spontanées, ce qui compte surtout, c'est qu' elles soient INEVITABLES pour les systèmes de grande taille.

[spi100]

Les deux approches se valent, je suis parti de la seconde pour rappeler combien il suffit d'une petite perturbation pour passer d'un état à un autre.

L'approche 2/ implique effectivement qu'un système isolé n'est pas ergodique. Mais il me semble que l'approche 1/ ne l'implique pas, car la fluctuation est alors une propriété interne au système.

[invite8c514936]

Il n'est effectivement pas très heureux de dire qu'elles sont spontanées, ce qui compte surtout, c'est qu' elles soient INEVITABLES pour les systèmes de grande taille.

Tout à fait d'accord avec cette remarque !

L'approche 2/ implique effectivement qu'un système isolé n'est pas ergodique. Mais il me semble que l'approche 1/ ne l'implique pas, car la fluctuation est alors une propriété interne au système.

C'est vrai, mais dans l'approche 1/ ce qui a mis le système dans un état qui n'est pas un état propre du hamiltonien, c'est l'interaction avec l'extérieur. En pratique, la distinction entre les deux situations n'est pas très claire.

[invite09c180f9]

Ludwig, en quoi la température est-elle un potentiel, tu peux développer stp ? Pour moi, un potentiel c'est une quantité dont le gradient donne une énergie (ça définit des lignes de niveau de l'énergie, en quelque sorte...)


Non. Pas seulement. C'est vrai pour un gaz d'électron libre considéré non quantiquement, mais ce n'est plus vrai 1/ si le système n'est plus considéré d'électrons, 2/ si les électrons sont plongés dans un potentiel avec lequel ils interagissent, et 3/ si on traite le problème quantiquement...

Excuse moi, en fait je viens de me rendre compte que je m'étais mal exprimé. Effectivement, il ne fallait pas parlé d'électrons mais des centres de masse des atomes ou des molécules. En outre il s'agit d'énergie cinétique moyenne.

La physique quantique n'est efficace et donc utile que pour l'étude des systèmes microscopiques, alors que la température est un concept macroscopique qui n'est défini que pour des systèmes macroscopiques.

[invite8c514936]

La physique quantique n'est efficace et donc utile que pour l'étude des systèmes microscopiques, alors que la température est un concept macroscopique qui n'est défini que pour des systèmes macroscopiques.

Argh !!!
Enfin je veux dire, argh... La physique quantique est fondamentale pour pas mal de systèmes macroscopiques : la cohésion des métaux, les propriétés thermiques et électriques de pas mal de corps, des objets énoooormes comme les naines blanches ou les étoiles à neutrons !

[invite8c514936]

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Etoiles à neutrons et Cie