Le phonon et le son dans l'air.

[Firegoodzila]

Bonjour à tous, je voudrais vous poser une question sur les phonons:

L'article de Wikipédia dit que dans un réseau cristallin, le son ne peut exister que par paquet d'énergie hv, comme pour la lumière.
Ce paquet sera baptiser "phonon", par similitude avec le photon de la lumière, même s'il ne s'agit pas d'une particule à proprement parler.
Il semblerai que le concept de phonon ne concerne que les réseaux cristallins.

Qu'en est-il du son se propageant dans un milieu autre qu'un réseau cristallin ?

merci ^^
-----

[mariposa]

Bonjour à tous, je voudrais vous poser une question sur les phonons:

L'article de Wikipédia dit que dans un réseau cristallin, le son ne peut exister que par paquet d'énergie hv, comme pour la lumière.
Ce paquet sera baptiser "phonon", par similitude avec le photon de la lumière, même s'il ne s'agit pas d'une particule à proprement parler.
Il semblerai que le concept de phonon ne concerne que les réseaux cristallins.

Qu'en est-il du son se propageant dans un milieu autre qu'un réseau cristallin ?

merci ^^

Bonjour,

Effectivement les phonons dans les réseaux cristallins ont le même statut que les photons dans le vide. Ils sont tout aussi réels dans les 2 cas. La difference étant que les phonons ne peuvent sortir du cristal e la même façon que les photons ne peuvent sortir de notre univers.

Une onde classique (optique ou sonore) c'est une surperposition ad hoc d'excitations élémentaires (photons ou phonons) et donc il y a encore équivalence entre les 2 catégories.

Dans un gaz on associe la propagation du son a une onde de pression. On pourrait de même utiliser la notion de pression dans un solide pour les ondes de grandes longueurs d'ondes.

[invite1acecc80]

Bonjour,

Effectivement les phonons dans les réseaux cristallins ont le même statut que les photons dans le vide. Ils sont tout aussi réels dans les 2 cas. La difference étant que les phonons ne peuvent sortir du cristal e la même façon que les photons ne peuvent sortir de notre univers.

Il y a une autre différence (un peu notable tout de même, je trouve):
La relation de dispersion des phonons n'est pas linéaire à courte longueur d'onde. Si on prend comme exemple un cristal 1D à comportement élastique, la relation de dispersion est de type sin(ka) avec "k" vecteur d'onde et "a" pas du réseau. La relation de dispersion n'est linéaire qu'à grande longueur d'onde (par rapport au pas du réseau).

Il semblerai que le concept de phonon ne concerne que les réseaux cristallins.

Pas vraiment... dans l'hélium superfluide, les excitations élémentaires à très basse température, sont appelées les phonons.
J'aimerais dire que les phonons sont les excitations élémentaires de "vibration" d'une matière condensée... (mais je pense que Mariposa va me reprendre )

[mariposa]

Il y a une autre différence (un peu notable tout de même, je trouve):
La relation de dispersion des phonons n'est pas linéaire à courte longueur d'onde. Si on prend comme exemple un cristal 1D à comportement élastique, la relation de dispersion est de type sin(ka) avec "k" vecteur d'onde et "a" pas du réseau. La relation de dispersion n'est linéaire qu'à grande longueur d'onde (par rapport au pas du réseau).

Bonjour,

Tout a fait, quand on parle d'onde acoustique il s'agit d'ondes de fréquences maximales 10Ghz. Donc à l'échelle du cristal nous sommes au voisinage du centre de la Zone de Brillouin et donc dans le domaine linéaire.

Pas vraiment... dans l'hélium superfluide, les excitations élémentaires à très basse température, sont appelées les phonons.
J'aimerais dire que les phonons sont les excitations élémentaires de "vibration" d'une matière condensée... (mais je pense que Mariposa va me reprendre )

Absolument, les phonons sont des excitations de la matière condensée (solide et liquide). Par contre l'hélium superfluide possède des excitations élementaires importantes que sont les rotons.. (Ces derniers interagissent entre eux via les phonons). Il me semble, de mémoire, que ces excitations peuvent transporter également le son. (A vérifier).

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite1acecc80]

Bonjour,

Absolument, les phonons sont des excitations de la matière condensée (solide et liquide). Par contre l'hélium superfluide possède des excitations élementaires importantes que sont les rotons.. (Ces derniers interagissent entre eux via les phonons). Il me semble, de mémoire, que ces excitations peuvent transporter également le son. (A vérifier).

Je ne pense pas que les rotons transportent "le son". En effet, la vitesse de groupe à ce minimum local est nul. (juste une première impression comme ça, avant d'aller à un séminaire).

A plus tard.

[mariposa]

Je ne pense pas que les rotons transportent "le son". En effet, la vitesse de groupe à ce minimum local est nul. (juste une première impression comme ça, avant d'aller à un séminaire).

A plus tard.

Ouias ma mémoire est vaseuse sur cette question. J'avais assister a un cours de Nozières au Collège de France (il y a 20 ans) et je m'apercois que j'ai je n'ai pas été l'objet d'une condensation neuronale de BE sur la question.

Si tu vas à un séminaire tiens nous au courant.

[Firegoodzila]

Dans un gaz on associe la propagation du son a une onde de pression. On pourrait de même utiliser la notion de pression dans un solide pour les ondes de grandes longueurs d'ondes.

Les ondes de pression existent-elles également sous forme de paquets élémentaire, qui porteraient un autre nom ?

Merci ^^

[Firegoodzila]

Enfin, plus précisément je pose la question pour le son qui voyage dans l'air ambiant ?

[mariposa]

Les ondes de pression existent-elles également sous forme de paquets élémentaire, qui porteraient un autre nom ?

Merci ^^

Sous réserve que je comprenne ta question un choc, une percussion sonore, une explosion etc.... est représenté par un paquet d'ondes cad une superposition d'ondes exp.i (k.r-w.t).

[Firegoodzila]

Oui, excusez moi, j'ai souvent du mal à m'exprimer clairement, et c'est pourtant pas faute de faire l'effort:

Ma question, dit autrement ... heu ...
- La lumière dans le vide existe sous forme de photons d'énergie hv.
- Le son dans les réseaux existe sous forme de phonons d'énergie hv.
Le son, lorsqu'il se propage dans l'air, existe t'il également sous la forme d'une "particule", d'une excitations élémentaire d'énergie hv ?
(Sous réserve que particule et excitation élémentaire désigne la même chose, car je ne suis pas grand connaisseur en la matière (et c'est pour ça que je pose toute ces questions ), et j'ai peut être lié à tord les deux mots ?)

Ou encore dit autrement:
Pourquoi le concept de phonon ne concerne-t'il que le son se propageant dans les réseaux cristalins (et dans l'hélium superfluide) ?
Qu'est-ce qui différencie le son dans l'air du son dans un solide cristalin pour qu'on fasse un mot spécifique ?

exp.i (k.r-w.t)

Je ne suis pas sur de comprendre la formule et ses symboles, je dirai que K est la constante de Boltzmann, mais pour le reste je ne sait pas identifier ce que ça signifie ?

Voilà, merci de votre attention

[invite09c180f9]

Bonjour,

"i" est un nombre imaginaire défini tel que i²=-1 ;
"k" représente le vecteur d'onde ;
"r" représente le vecteur position ;
"" est la pulsation et est définie telle que ;
"t" est le temps

Cette formulation t'indique donc que l'onde se propage dans une direction donnée dans le temps et dans l'espace...

[invite1acecc80]

Je ne suis pas sur de comprendre la formule et ses symboles, je dirai que K est la constante de Boltzmann, mais pour le reste je ne sait pas identifier ce que ça signifie ?

Voilà, merci de votre attention

Ce que tu vois est l'expression d'une onde plane en notation complexe, de pulsation w et de vecteur d'onde k. La notation complexe est uilisée pour des commodités de calcul.
On peut écrire l'expression d'une onde plane sous la forme, avec A l'amplitude de l'onde:



tu peux remarquer que le front d'onde se propage (plan d'égale amplitude). En effet, pour que la phase dans le cosinus reste constant (ce qui définit le plan d'égale amplitude), il faut que le position r (qui définit ce plan) se déplace à une vitesse w/k qui est la vitesse de déplacement de l'onde (appelée vitesse de phase).

[Firegoodzila]

Ha oui, ça y est, je crois que je comprend, cette formule est une expression fondamentale dans le sens où elle décrit une onde monochromatique, mais ce n'est pas ce que je voulais dire dans ma question par "fondamental" ce qui m'amène à la reformuler:

Ce que je cherche à savoir, c'est si la quantité d'énergie transportée par le son dans l'air est un multiple de hv, au même titre que la lumière dans le vide, et au même titre que le son se propageant dans un milieu cristallin (et dans la matière condensé) ?

Si il existe une quantité fondamental hv caractérisant les ondes de pression dans l'air, et que ce paquet hv n'est ni un photon, puisqu'il ne s'agit pas de lumière, ni un phonon, puisqu'ils ne peuvent pas porter le son hors du réseau cristallin, comment doit-on appeler l'excitation fondamental d'une onde de pression ?

Voilà, j'espère que je me suis pas embrouiller, et que c'est intelligible.

Et encore merci pour vos réponses. ^^

[Firegoodzila]

Personne n'a une idée ?

[Firegoodzila]

Et up-là ^^

[Firegoodzila]

Personne ?

Si si, ya forcément quelqu'un qui sait.

[invite1acecc80]

Bonjour,

En effet, ça faisait longtemps.
On ne peut pas extrapoler la notion phonon directement dans un gaz.
En bonne approximation, les éléments (molécules, atomes) d'un gaz sont indépendants entre eux (ils sont très faiblement interargissant) contrairement à un ensemble d'atome dans un réseau cristallin.
Le réseau cristallin possède des modes propres de vibration que ne possèdent pas un gaz. Il faut savoir que le phonon est une quasiparticule traduisant les excitations élémentaires de ces modes de vibrations.

Voilà pour le moment.

[Firegoodzila]

Voilà pour le moment.

C'est déjà un bon début de réponse: merci ^^

[Firegoodzila]

Le phonon se carractèrise entre autre par le fait qu'il tansporte une quantité d'energie hv.
Le fait que le concept ne soit pas valide dans l'air signifie t'il que la quantité d'energie transporté par le son n'est pas un multiple de hv ?

[Firegoodzila]

Et re up-là

[Firegoodzila]

Personne ne sait ?

[Firegoodzila]

Un nouveau UP, je me suis arrêter là: La quantité d'energie emportée par une vibrations mécaniques qui se propagent dans l'air peut t'elles exister en dehors d'un multiple de hv ?

Merci d'avance ^^