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Mystérieux effet Joule



  1. #1
    gonzlufcadful

    Question Mystérieux effet Joule


    ------

    Je pensais avoir bien compris ce qu’est l’effet Joule comme on s’y rapporte toujours pour justifier les pertes par chaleur dans un matériau sans trop se poser de questions . Justement, c’est cette banalisation qui est à l’origine de mon problème . Si on compare deux matériaux conducteurs, on connaît leur résistance intrinsèque tabulée, qui dépend surtout je pense de la structure moléculaire des mailles qui va permettre plus ou moins bien les électrons libres de circuler lorsque le conducteur sera soumis à une différence de potentiel, et donc avec la loi d’ohm : ddp=Ri, on connaît celui qui va dissiper la plus grande puissance par effet joule : P=Ri2. Mais si on compare un conducteur solide et un plasma, c’est différent. A priori on ne peut pas définir de résistance pour les plasma comme la matière y est désordonnée. Néanmoins, comme dans un conducteur, il va y avoir des pertes par effet Joule s’il traversé par un courant : en effet, en considérant une lampe à incandescence et un tube fluorescent, la première émet beaucoup de chaleur et le tube en émet un petit peu. Dans les deux cas, il y a effet Joule, mais apparemment on ne peut pas le définir de la même façon, même si concrètement ce sont les collisions des électrons avec les atomes qu’ils rencontrent qui vont engendrer cette chaleur.
    Ces précisions étant faites, voilà mes questions : une lampe à incandescence va émettre de la lumière car les atomes du filaments (tungstène) sont excités du fait des collisions avec les électrons du courant, et dans le même temps il y aura dégagement de chaleur toujours à causes de ces collisions ; de même les éléments présents dans un tube fluorescent, argon et vapeur de mercure, vont être excités par les collisions avec les électrons et il y aura aussi dégagement de chaleur :

    _comment expliquer le fait que l’effet joule est beaucoup plus important dans le premier cas que dans le second ?
    _est-ce qu’il existe une loi analogue à la loi d’ohm pour les plasmas ?
    _doit-on différencier une collision qui va engendrer de l’effet joule ou de la luminescence et sont-elles aléatoires?
    _je pense que la chaleur produite est due à une vibration des atomes excités, mais si je comprend la cause de cette vibration dans un solide où les atomes se trouvent dans des mailles et occupent des places précises, je ne vois pas pourquoi dans un plasma les molécules s’amuseraient à vibrer puisque qu’elles n’ont pas de contraintes spatiales ?

    J’ai quelques éléments de réponse comme le fait que la densité atomique est plus importante dans un conducteur solide que dans un conducteur gazeux ce qui fait que le nombres de collisions est plus important dans le premier cas et donc l’effet joule aussi, mais cela ne doit pas tout expliquer

    -----
    "tel le flux et le reflux des marées, l'histoire se répète inlassablement..."

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  3. #2
    mariposa

    Re : Mystérieux effet Joule

    Citation Envoyé par gonzlufcadful
    Je pensais avoir bien compris ce qu’est l’effet Joule comme on s’y rapporte toujours pour justifier les pertes par chaleur dans un matériau sans trop se poser de questions . Justement, c’est cette banalisation qui est à l’origine de mon problème . Si on compare deux matériaux conducteurs, on connaît leur résistance intrinsèque tabulée, qui dépend surtout je pense de la structure moléculaire des mailles qui va permettre plus ou moins bien les électrons libres de circuler lorsque le conducteur sera soumis à une différence de potentiel, et donc avec la loi d’ohm : ddp=Ri, on connaît celui qui va dissiper la plus grande puissance par effet joule : P=Ri2. Mais si on compare un conducteur solide et un plasma, c’est différent. A priori on ne peut pas définir de résistance pour les plasma comme la matière y est désordonnée. Néanmoins, comme dans un conducteur, il va y avoir des pertes par effet Joule s’il traversé par un courant : en effet, en considérant une lampe à incandescence et un tube fluorescent, la première émet beaucoup de chaleur et le tube en émet un petit peu. Dans les deux cas, il y a effet Joule, mais apparemment on ne peut pas le définir de la même façon, même si concrètement ce sont les collisions des électrons avec les atomes qu’ils rencontrent qui vont engendrer cette chaleur.
    Ces précisions étant faites, voilà mes questions : une lampe à incandescence va émettre de la lumière car les atomes du filaments (tungstène) sont excités du fait des collisions avec les électrons du courant, et dans le même temps il y aura dégagement de chaleur toujours à causes de ces collisions ; de même les éléments présents dans un tube fluorescent, argon et vapeur de mercure, vont être excités par les collisions avec les électrons et il y aura aussi dégagement de chaleur :

    _comment expliquer le fait que l’effet joule est beaucoup plus important dans le premier cas que dans le second ?
    _est-ce qu’il existe une loi analogue à la loi d’ohm pour les plasmas ?
    _doit-on différencier une collision qui va engendrer de l’effet joule ou de la luminescence et sont-elles aléatoires?
    _je pense que la chaleur produite est due à une vibration des atomes excités, mais si je comprend la cause de cette vibration dans un solide où les atomes se trouvent dans des mailles et occupent des places précises, je ne vois pas pourquoi dans un plasma les molécules s’amuseraient à vibrer puisque qu’elles n’ont pas de contraintes spatiales ?

    J’ai quelques éléments de réponse comme le fait que la densité atomique est plus importante dans un conducteur solide que dans un conducteur gazeux ce qui fait que le nombres de collisions est plus important dans le premier cas et donc l’effet joule aussi, mais cela ne doit pas tout expliquer

    Dans ton intervention il y a beaucoup de questions j'ai retiend une catégorie.

    Dans un plasma ou dans un solide la question de l'effet joule est identique. a savoir on a un gaz d'électrons dans un équilibre thermodynamique représenté par une fonction de distribution des vitesses isotropes.

    Quand on applique un champ électrique les électrons sont accélérés et deviennent hors d'équilibre thermodynamique, ceux-ci se déplacent en ligne droite jusqu'a ce qu'ils effectuent un choc qui leur faire perdre leur énergie: c'est çà l'effet joule: A savoir que l'énergie communiquée aux électrons est tranférée aux degrés de liberté extérieur a savoir les vibrations des atomes pour les solides et l'énergie cinétique des atomes neutres et ionisés pour un plasma.

    A noter que dans un solide ce ne sont pas des électrons qui se propagent mais des quasiparticules dont la description relève de la MQ

  4. #3
    Latouffe

    Re : Mystérieux effet Joule

    Citation Envoyé par mariposa
    A noter que dans un solide ce ne sont pas des électrons qui se propagent mais des quasiparticules dont la description relève de la MQ
    Bonjour,
    C'est pas les électrons libres ??!? Pourquoi on est obligé de parler de quasiparticules ? POuequoi on nous bassine avec els électrons libres si c pas exacement ça ?

    Merci

  5. #4
    Baygon_Jaune

    Re : Mystérieux effet Joule

    Le modèle de l'électron libre est, justement, un modèle approchant.

    Sinon, ce qui est important dans ces phénomènes, c'est bien les chocs, les interactions des porteurs de charge entre eux et surtout avec le 'porteur'. En particulier, dans un plasma le libre parcours moyen est grand, et donc la résistivité faible.
    C'est aussi pour ça que les impuretés font augmenter drastiquement la résistivité d'un métal ; perturbant le réseau, ce sont des sources d'interaction en puissance ...
    « L'ennemi est bête : il croit que c'est nous l'ennemi alors que c'est lui ! » Desproges

  6. #5
    gonzlufcadful

    Re : Mystérieux effet Joule

    Je vous remercie pour ces précisions qui m'ont quelque peu éclairés... C'est vrai que cette histoire de quasi particules est étrange, je n'en ai jamais entendu parler; pourquoi donc les professeurs ne m'en ont jamais fait mention ... ça doit être trop compliqué !
    "tel le flux et le reflux des marées, l'histoire se répète inlassablement..."

  7. A voir en vidéo sur Futura

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