Pourquoi un corps se dilate en chauffant?

[invitea5bb5d4a]

J'ai rien vu sur Wikipédia. Est-ce du aux éléctrons excités qui sautent sur les couchent supérieures?

Est-ce que l'espace entre les couches electroniques est suffisamment grand pour expliquer la dilatation?
-----

[obi76]

Non ce n'est pas ça. La température dépend (pour faire simple) de la vibration des atomes (de leur rotation aussi enfin passons).

Plus la température est élevée, plus ils vibrent "fort", plus l'espace qu'ils occupent est grand, donc plus ton matériau se dilate.

Aucune excitation électronique là dedans (enfin dans le cadre que je suppose que tu suppose )

Cordialement,

[invitea5bb5d4a]

Non ce n'est pas ça. La température dépend (pour faire simple) de la vibration des atomes (de leur rotation aussi enfin passons).

Plus la température est élevée, plus ils vibrent "fort", plus l'espace qu'ils occupent est grand, donc plus ton matériau se dilate.

Aucune excitation électronique là dedans (enfin dans le cadre que je suppose que tu suppose )

Cordialement,

Pourquoi ne peut-on pas comprimer les solides et les liquides alors?

[invite73c8a7fb]

Bonjour

En mécanique la dilatation thermique se traduit par un coefficient de dilatation, ce coefficient est bien sur propre a chaque matériau, il est généralement donné pour une temperature d'environ 20° (si mes souvenirS sont bon).

En théorie, rien n'empeche ton matériau de se contracter sous l'effet de l'abaissement de la temperature.
Encore une fois, cela dépend de matériau, les propriétes peuvent changer du tout au tout.

[A voir en vidéo sur Futura]

[LPFR]

Pourquoi ne peut-on pas comprimer les solides et les liquides alors?

Bonjour.
On peut les comprimer, mais pas trop.
Au revoir.

[invitea5bb5d4a]

Bonjour.
On peut les comprimer, mais pas trop.
Au revoir.

est-ce que ça veut dire qu'un corps peut-être comprimé de manière à retrouver le volume qu'il occupe à 0 K?

Si non pourquoi?

[invitea5bb5d4a]

Bonjour

En mécanique la dilatation thermique se traduit par un coefficient de dilatation, ce coefficient est bien sur propre a chaque matériau, il est généralement donné pour une temperature d'environ 20° (si mes souvenirS sont bon).

En théorie, rien n'empeche ton matériau de se contracter sous l'effet de l'abaissement de la temperature.
Encore une fois, cela dépend de matériau, les propriétes peuvent changer du tout au tout.

merci mais la question n'est pas "comment" un corps se dilate mais "pourquoi" il se dilate.

[invite499b16d5]

merci mais la question n'est pas "comment" un corps se dilate mais "pourquoi" il se dilate.

Il semble évident que plus un corps est chaud, plus il lui faut d'espace; les chocs dûs aux vibrations produisent une pression qui tend à éloigner les atomes. Mais si on s'en tient à des évidences de ce genre, on a un peu de mal à comprendre le big bang!

[LPFR]

est-ce que ça veut dire qu'un corps peut-être comprimé de manière à retrouver le volume qu'il occupe à 0 K?

Si non pourquoi?

Bonjour.
Peut-être pas tous les corps. Mais je pense que la plupart oui.
Il faut regarder le coefficient de dilatation (entre 0K et la température ambiante) ainsi que le module de compressibilité. Je ne l'ai pas fait. Mais je suis prêt à parier un café qu'il y a beaucoup (si non tous) les corps que l'on peut comprimer. D'autant plus, qu'en les comprimant ils peuvent prendre de formes cristallines qu'ils ne prennent pas à la pression atmosphérique (l'eau, par exemple).
Au revoir.

[LPFR]

.............................. ......................

[invitea5bb5d4a]

Il semble évident que plus un corps est chaud, plus il lui faut d'espace; les chocs dûs aux vibrations produisent une pression qui tend à éloigner les atomes. Mais si on s'en tient à des évidences de ce genre, on a un peu de mal à comprendre le big bang!

je ne discute pas sur l'évidence qu'un corps se dilate avec la chaleur mais je cherche l'explication.

Je suis d'accord que qu'effectivement si les molécules et les atomes vibrent elles occupent plus d'espace mais d'un autre côté la compression devrait leur retirer ces espaces

Si on peut liquéfier un gaz en le comprimant on devrait pouvoir solidifier n'importe quel fluide en le comprimant suffisamment. Or je ne suis pas certain que ça soit le cas.

Si oui cite moi tes sources.

[invite499b16d5]

Je suis d'accord que qu'effectivement si les molécules et les atomes vibrent elles occupent plus d'espace mais d'un autre côté la compression devrait leur retirer ces espaces

je ne vois pas bien le rapport entre les deux ni où tu veux en venir?
de toute façon, à la limite, une compression suffisante peut transformer n'importe quoi en soupe de neutrons (avec émission conséquente de neutrinos). Mais peut-on alors parler de soupe chaude ou froide, ça je n'en sais vraiment rien.

[chwebij]

bonjour
pour l'eau, la courbe P=f(T) est décroissante entre solide-liquide, ce qui veut dire qu'en comprimant de manière isotherme, il est à priori impossible de solidifier l'eau.

[invitea5bb5d4a]

Il faut quand même attendre le #9 et gatsu pour avoir une réponse qui tiens la route sur un problème de thermo de base : la compression adiabatique d'un gaz !

Le truc que je ne comprends pas et pour lequel, je n'ai pas de réponse c'est celui-ci.

Je prends une quantité de gaz donnée, je diminue le volume de moitié à température constante et j'ai augmenté la pression.

Maintenant je fais chauffer et là j'augmente la température et la pression

Pourtant dans les deux cas on dit que l'énergie cinétique des molécules a augmenté. Pourquoi l'augmentation de l'énergie cinétique fait parfois augmenter la pression et parfois augmenter la pression et la température

[obi76]

Je t'ai répondu sur ton autre post. Il y a 2 éléments à l'échelle moléculaire qui expliquent tout ça : la fréquence et la violence des collisions.

La combinaison violence + fréquence te donne la pression
La violence te donne la température
La fréquence te donne la masse volumique.

Regarde toutes les combinaisons que tu peux faire (fréquence en augmentation mais pas la vitesse => la pression monte mais pas la température) etc etc.

Cdlt,

[invitea5bb5d4a]

Je t'ai répondu sur ton autre post. Il y a 2 éléments à l'échelle moléculaire qui expliquent tout ça : la fréquence et la violence des collisions.

La combinaison violence + fréquence te donne la pression
La violence te donne la température
La fréquence te donne la masse volumique.

Regarde toutes les combinaisons que tu peux faire (fréquence en augmentation mais pas la vitesse => la pression monte mais pas la température) etc etc.

Cdlt,

Ok cela explique que la pression soit proportionelle à la température mais pas l'inverse

Merci, on y est.

A+

[invite5e5dd00d]

Ok cela explique que la pression soit proportionelle à la température mais pas l'inverse
A+

Dans le cas du gaz parfait, à volume constant et sans ajouter de matière ni d'énergie (ni en enlever), oui , car dans ce cas P=aT (où a est une constante).

[invitea5bb5d4a]

je ne vois pas bien le rapport entre les deux ni où tu veux en venir?
de toute façon, à la limite, une compression suffisante peut transformer n'importe quoi en soupe de neutrons (avec émission conséquente de neutrinos). Mais peut-on alors parler de soupe chaude ou froide, ça je n'en sais vraiment rien.

Je parle d'une compression raisonnable; si il est possible de liquefier facilement un gaz en comblant justement les vides entre les molécules je suppose qu'il doit être possible d'appliquer le même principe à un liquide pour le transformer en solide, non?

Là ou je veux en venir c'est que j'ai pas l'impression qu'on puisse compresser de l'eau à 80 ° de manière à ce qu'elle retrouve le volume qu'elle occupe à 4°. Faudrait voir l'effet sur une presse hydraulique en utilisant de l'eau chaude mais j'ai pas l'impression que ça soit sensible.

[invite5e5dd00d]

Je parle d'une compression raisonnable; si il est possible de liquefier facilement un gaz en comblant justement les vides entre les molécules je suppose qu'il doit être possible d'appliquer le même principe à un liquide pour le transformer en solide, non?

En dehors des cas particuliers dont je ne connais qu'un membre (l'Hélium), oui.

Là ou je veux en venir c'est que j'ai pas l'impression qu'on puisse compresser de l'eau à 80 ° de manière à ce qu'elle retrouve le volume qu'elle occupe à 4°. Faudrait voir l'effet sur une presse hydraulique en utilisant de l'eau chaude mais j'ai pas l'impression que ça soit sensible.

Il faudrait que tu précises à quelle pression tu te places quand tu parles de volume à telle température... parce que sinon je peux pas te répondre...

[invitea5bb5d4a]

En dehors des cas particuliers dont je ne connais qu'un membre (l'Hélium), oui.

Alors ceci explique cela.

Merci

a+

[garideau]

je ne vois pas bien le rapport entre les deux ni où tu veux en venir?
...

C’est que vous n’êtes pas formaté scolairement pour répondre à ce genre de question. Pourtant, elle est très subtile. CactusJoe pense la chose suivante, et je me la pose aussi : si la chaleur dilate un corps, alors, une compression de ce corps, en chaleur, devrait, en principe, annihiler sa chaleur. C’est tout à fait logique. Seulement, le modèle scientifique de la chaleur ne permet pas du tout une telle relation. En physique, on apprend que la chaleur EST une agitation des molécules. Point. On ne se demande pas de savoir ce qui cause et entretient cette agitation atomique. Si un chalumeau rougir un bout de fer et qu’ensuite on éteigne le chalumeau, le bout de fer demeure rouge, dans un état de chaleur intense. Pourtant, bien que la cause qui a rendu ce bout de fer en chaleur ait disparu, le bout de fer demeure rouge . On est en droit de savoir ce qui cause cette rémanence calorique, autrement que cette explication simpliste selon laquelle les atomes s’agitent comme des diablotins, par simple caprice : « Nous, les atomes, on s’agite, et ça c’est la chaleur… ».

[invite5e5dd00d]

L'explication a ton problème est tout simplement qu'il est faux de voir la chaleur comme une agitation des molécules. Ceci déjà car ça recouvrirait la notion de température, et ensuite parce que la chaleur est par définition un échange d'énergie.

Par échange, on entend par exemple : ton chalumeau chauffe le fer, transmet de l'énergie : ici elle est thermique, les molécules du gaz du chalumeau frappent la paroi du fer, perdent une partie de leur énergie cinétique dans le choc (précédemment acquise par réaction chimique : la combustion), énergie qui est donc transférée aux ions de fer et aussi à ses électrons (au cristal). De manière assez simple mais légèrement incorrecte (mais ça suffira pour expliquer), le processus d'échange d'énergie par collision entre des constituants à des vitesses différences est dit calorifique (adjectif de chaleur).

La chaleur est homogène à une énergie (donc souvent mesuré en Joule) parce qu'elle est un transfert d'énergie. Ex : A a transmis 15 J à B.
Mais on ne peut pas dire : ce gaz a une chaleur de 15 J. C'est incorrect.

De même, "état de chaleur intense" ne veut rien dire, car l'abus de langage "chaleur intense" vient du fait que si tu touches le fer, alors il te transfère à son tour une énergie : "c'est chaud". Mais rigourement, le métal n'a pas une chaleur intense, mais est simplement à une température plus élevée que ta main, a donc des constituants bougeant plus "rapidement", et a donc de l'énergie qu'il peut te transférer par chaleur.

Je sais pas si j'étais été clair . Je l'espère

[invitea5bb5d4a]

Si je fournis de l'énergie à un objet, cette énergie peut être "assimilée" par l'objet sous forme de chaleur, de vitesse (energie cinetique), d'énergie potentielle ou de lumière (je ne connais pas d'autres possibilités) donc si je fourni 15 J à un objet et qu'il ne bouge pas ni ne devient lumineux c'est forcément que sa température a augmenté proportienellement aux 15 Joules. D'ailleurs la calorie (qui peut se traduire en joules) est définie comme étant une quantité d'énergie qu'il faut apporter à un litre d'eau pour le faire passer de 14.5 à 15.5 C°.

Si ce n'est pas le cas explique moi comment il stocke les joules qu'on lui a fourni.

Sinon tu parles d'énergie apportées aux éléctrons, est-ce cela qui explique que le fer devient lumineux? Quel est le principe qui explique cela?

[invite5cd3e384]

Si je fournis de l'énergie à un objet, cette énergie peut être "assimilée" par l'objet sous forme de chaleur, de vitesse (energie cinetique), d'énergie potentielle ou de lumière (je ne connais pas d'autres possibilités) donc si je fourni 15 J à un objet et qu'il ne bouge pas ni ne devient lumineux c'est forcément que sa température a augmenté proportienellement aux 15 Joules. D'ailleurs la calorie (qui peut se traduire en joules) est définie comme étant une quantité d'énergie qu'il faut apporter à un litre d'eau pour le faire passer de 14.5 à 15.5 C°.

Si ce n'est pas le cas explique moi comment il stocke les joules qu'on lui a fourni.

Sinon tu parles d'énergie apportées aux éléctrons, est-ce cela qui explique que le fer devient lumineux? Quel est le principe qui explique cela?

A mon stade de compréhension, je crois que même si on fourni à un corps de l'energie et qu'il reste immobile, il ne change pas forcément de température relativement, et comme exemple on va prendre un carburant lourd, qui s'enflame avec la compression, là la chaleur dégagée est de source des liaisons entre atomes.
en ce qui concerne aussi l'energie entre nucleons, on trouve que la dissociation des protons et neutrons provoque une energie de E=mc², pourtant il s'agit ici d'une liaison simple entre nucléons, ce qui veut dire que la destruction d'une liaison entre quarks (supposée plus forte) va dégager une energie plus enorme que celle de E=mc², et vice versa un atome pour qu'il construit des laisons il a besoin de la chaleur, et donc on ne peut savoir parfaitement dans quel stade il va repartir cette energie chaleur.

[invitea5bb5d4a]

A mon stade de compréhension, je crois que même si on fourni à un corps de l'energie et qu'il reste immobile, il ne change pas forcément de température relativement, et comme exemple on va prendre un carburant lourd, qui s'enflame .

J'ai rien compris, tu me dis qu'il est possible de donner de l'énergie à un corps sans qu'il bouge ni ne chauffe et pour prouver ça, tu prends un carburant qui explose...

Excuse moi mais j'ai déjà vu plus convaincant comme démonstration.

Cela dit je veux bien croire que l'énergie qui a provoqué l'explosion vient des liens entre molécules, mais ça ne prouve pas que l'énergie qu'on a apporté au systéme n'a pas été utlisée.

[mariposa]

Bonjour,

Je réponds à la question initiale.

Le mieux pour comprendre la dilatation est de partir d'une molécule bi-atomique dont on suppose qu'elle possède 2 états électroniques: L'état fondamental noté F et un état excité noté E.

Lorsque celle-ci est dans l'état fondamental elle prend une configuration d'équilibre qui minimise son énergie. Soit R(F) la distance entre atomes.

Lorsque celle-ci est portée dans l'état excité E la distance entre les 2 atomes est R(E) qui est différente de R(F). Ce qui préfigure la dilatation d'un solide.

Ce qui modifie la distance entre atomes c'est donc la minimisation de l'énergie pour chaque état électronique donné. Cela se décrit mathématiquement dans le cadre de l'approximation de Born-Oppenheimer où le potentiel atomique effectif (celui a minimiser) est tout simplement l'énergie du gaz électronique paramétriser par la distance R.

Dans un solide c'est la même chose avec comme différences:il y a plusieurs atomes et deuxièmement l'énergie totale (en fait l'énergie libre) du gaz électronique peut varier continument.

[invitea5bb5d4a]

Ok, ça correspond un peu plus à l'idée que je m'en faisais. Peux-tu expliquer pourquoi la distance entre atomes est plus grande? Est-ce la distance entre les noyaux des atomes qui évolue ou simplement la distance entre la périphérie des atomes?

Qu'en est-il de l'explication sur les vibrations moléculaires, peut-on s'en servir pour expliquer une partie de la dilatation?

[mariposa]

Ok, ça correspond un peu plus à l'idée que je m'en faisais. Peux-tu expliquer pourquoi la distance entre atomes est plus grande? Est-ce la distance entre les noyaux des atomes qui évolue ou simplement la distance entre la périphérie des atomes?

Il s'agit de la distance entre les atomes dont les déplacements cumulés sont perçus macroscopiquement comme de la dilatation.

Qu'en est-il de l'explication sur les vibrations moléculaires, peut-on s'en servir pour expliquer une partie de la dilatation?

Si on écrit l'énergie d'un état autour d'un déplacement on a :

E = E°(Q=0) + a.Q2 + b.Q3

Le terme en Q2 corrrespond aux vibrations autour de la position moyenne.

Le terme en Q3 represente les effets de la dilatation.

[invite1acecc80]

Bonjour Mariposa,

Il s'agit de la distance entre les atomes dont les déplacements cumulés sont perçus macroscopiquement comme de la dilatation.




Si on écrit l'énergie d'un état autour d'un déplacement on a :

E = E°(Q=0) + a.Q2 + b.Q3

Le terme en Q2 corrrespond aux vibrations autour de la position moyenne.

Le terme en Q3 represente les effets de la dilatation.

Je suis complètement d'accord et je dirais pour compléter: a positif et - |b|. Q³ afin d'avoir une dilation (avec Q comme variables normales).

A plus.

[invitea5bb5d4a]

Il s'agit de la distance entre les atomes dont les déplacements cumulés sont perçus macroscopiquement comme de la dilatation.




Si on écrit l'énergie d'un état autour d'un déplacement on a :

E = E°(Q=0) + a.Q2 + b.Q3

Le terme en Q2 corrrespond aux vibrations autour de la position moyenne.

Le terme en Q3 represente les effets de la dilatation.

Juste pour être certain de comprendre: si on chauffe un atome, il se dilate ou il se déplace?

Je cherche une manière de vulgariser cette explication et j'aimerais comprendre clairement ce qui se passe au niveau des éléctrons qui expliquent à la fois la dilatation et le rayonnement d'un corps.