Electron et rayonement

[invitef7fa1aa0]

Bonjour à tous

Voilà je commence à m'intéresser un peu à la physique quantique et j'ai pas mal de questions qui me tombent dessus et auxquelles je n'arrive pas à répondre Peut être pourrez vous m'aider

Première question :

J'ai lu à plusieurs reprises qu'une charge électrique accélérée rayonnait nécessairement de l'énergie mais je n'arrive pas à comprendre pourquoi ... notamment avec un électron par exemple, pourquoi doit-il être accéléré pour rayonner ?

Deuxième question :

Quand on envoie des photons sur un atome certains de ses électrons vont gagner des quanta d'énergie (dépendant de la fréquence des photons) et s'éloigner du noyau. Mais comment se fait le transfert d'énergie du photon à l'électron ? C'est le choc qui transmet une partie de l'énergie cinétique du photon à l'électron ou c'est encore autre chose ?

Ma troisième question :

Si je laisse un bout de métal au soleil, les photons qui arrivent vont cogner les atomes de la surface. Mais l'augmentation de température est-elle due à l'agitation des électrons ou à celle des atomes ? Si ce sont les atomes, pourquoi se mettent-ils à vibrer ?
En fait tout ce qui se qui se passe entre le moment ou le photon arrive sur l'atome et le moment où le matériau réémet un rayonnement est complètement flou dans ma tête

Quelqu'un pourrait-il m'éclairer à ce sujet ? J'en serais vraiment ravi.

Merci d'avance
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[curieuxdenature]

En fait tout ce qui se qui se passe entre le moment ou le photon arrive sur l'atome et le moment où le matériau réémet un rayonnement est complètement flou dans ma tête

Bonjour Simon8

1°- la mise en mouvement de n'importe quel corps nécessite de l'énergie, une fois que sa vitesse est atteinte ce n'est plus le cas, idem pour l'électron, son changement de vitesse occasionne un rayonnement sous forme électromagnétique.

2°- Les photons transportent une énergie qui dépend de leur fréquence, chaque photon est un grain d'énergie qui se transmet.
Dans le cas de l'électron dans son orbitale atomique, seuls certains niveaux d'énergie sont autorisés et seules certaines fréquences sont susceptibles d'être absorbées pour le faire changer de niveau ou même l'éjecter le cas échéant.

3°- c'est un cas particulier du 2°, l'électron fini toujours par retourner à son état fondamental, quand le milieu est transparent le photon ne fait que le traverser sans trop de pertes mais la plupart du temps il y a une dégradation qui va vers ce qu'on constate : vibrations, rotations et autres tremblement moléculaires qui sont autant de transformations du photon original en photons de fréquences plus faible. Un de ces passages correspond à une élévation de température. (la chaleur est un rayonnement infrarouge)

[mariposa]

Bonjour à tous

Voilà je commence à m'intéresser un peu à la physique quantique et j'ai pas mal de questions qui me tombent dessus et auxquelles je n'arrive pas à répondre Peut être pourrez vous m'aider

Bonjour,


Il y a pour chaque questions plusieurs niveaux de réponses, donc je te donne des réponses inévitablement partielles.

Première question :

J'ai lu à plusieurs reprises qu'une charge électrique accélérée rayonnait nécessairement de l'énergie mais je n'arrive pas à comprendre pourquoi ... notamment avec un électron par exemple, pourquoi doit-il être accéléré pour rayonner ?

C'est d'abord un constat expérimental et comme tous les phénomènes électromagnétisme on rend compte de tous les faits correspondants sous la forme des équations de Maxwell. tu peux donc vérifier rétrospectivement que si le courant est constant tu auras un champ électrique et un champ magnétique indépendants du temps. Par contre si le courant dépend du temps alors il y a génération d'une onde électromagnétique. Tout cela se lit dans les équations de Maxwell.

Deuxième question :

Quand on envoie des photons sur un atome certains de ses électrons vont gagner des quanta d'énergie (dépendant de la fréquence des photons) et s'éloigner du noyau. Mais comment se fait le transfert d'énergie du photon à l'électron ? C'est le choc qui transmet une partie de l'énergie cinétique du photon à l'électron ou c'est encore autre chose ?

Là on se trouve carrément dans le langage de la mécanique quantique.

Avant la collision on a 1 photon d'impulsion p et d'énergie E= p.c et un atome dans l'état fondamental noté |F>. Après la collision le photon a disparu et l'atome est passé dans un état excité |E> en même temps que l'atome récupère une petite impulsion. C'est donc similaire à un choc inélastique d'une petite particule qui vient se coller sur une grosse particule.

Ceci ne peut se faire au minimun que si les conditions suivantes sont remplies:

1- Conservation de l'énergie.

2- Conservation de l'impulsion.

3- conservation du moment cinétique.


Pour traiter le problème il faut une utiliser la MQ.

Ma troisième question :

Si je laisse un bout de métal au soleil, les photons qui arrivent vont cogner les atomes de la surface. Mais l'augmentation de température est-elle due à l'agitation des électrons ou à celle des atomes ? Si ce sont les atomes, pourquoi se mettent-ils à vibrer ?
En fait tout ce qui se qui se passe entre le moment ou le photon arrive sur l'atome et le moment où le matériau réémet un rayonnement est complètement flou dans ma tête

Ton bout de métal acquière de l'énergie au fur et à mesure que les photons disparaissent et l'énergie se répartie dans tous les degrés accessibles du métal, donc l'énergie cinétique des électrons et l'énergie de vibration des atomes.

[invitef7fa1aa0]

Bonjour curieuxdenature et mariposa

Merci pour vos réponses

1° - En fait c'était le fait d'avoir vu le mot "accéléréé" et "rayonne" qui m'embêtais, donc si j'ai bien compris, un électron qui décelère rayonne un photon d'une longueur d'onde donnée et un électron ne peut accélerer que si un photon lui transmet son énergie. En fait il semble que par rayonnement on englobe le fait de recevoir mais aussi le fait d'émettre un photon.
Je n'avais pas pensé à faire un rapprochement avec les ondes emg, ça commence à s'éclaircir, merci beaucoup.

2° - Merci pour vos explications, je crois que j'ai compris

3° - Donc, si j'ai bien compris, les électrons et le noyau reçoivent tout les deux de l'énergie (Ec pour les électrons et Energie de vibration pour les atomes). Mais à ce moment là, pourquoi le matériau rayonne déjà alors que les atomes reçoivent seulement de l'énergie ? Puisque les électron ne rayonnement que si ils rejoignent une orbitale plus basse, si ils reçoivent en permanence les photons venant du soleil ils devraient êtres sans cesse portés à des hauts niveaux d'énergie sans avoir le temps de redescendre à des niveaux d'énergie plus faibles (et donc de rayonner), non ?
Peut être est-ce parce que que les électrons ont en fait le temps de rayonner avant d'être à nouveau accéléré par le photon suivant ?
Ou est-ce que comme l'atome vibre, il accélère et décélère sans arrêt et donc les électrons aussi ?

Merci.
Simon8

[A voir en vidéo sur Futura]

[curieuxdenature]

3° - Donc, si j'ai bien compris, les électrons et le noyau reçoivent tout les deux de l'énergie (Ec pour les électrons et Energie de vibration pour les atomes). Mais à ce moment là, pourquoi le matériau rayonne déjà alors que les atomes reçoivent seulement de l'énergie ? Puisque les électron ne rayonnement que si ils rejoignent une orbitale plus basse, si ils reçoivent en permanence les photons venant du soleil ils devraient êtres sans cesse portés à des hauts niveaux d'énergie sans avoir le temps de redescendre à des niveaux d'énergie plus faibles (et donc de rayonner), non ?
Peut être est-ce parce que que les électrons ont en fait le temps de rayonner avant d'être à nouveau accéléré par le photon suivant ?
Ou est-ce que comme l'atome vibre, il accélère et décélère sans arrêt et donc les électrons aussi ?

Merci.
Simon8

Bonjour

quand un raisonnement semble absurde il faut passer par la calculette et voir les chiffres.

Un corps quelconque soumis à un rayonnement doit bien pouvoir se mettre en chiffres, on se donne une masse et une surface, une puissance reçue et le reste coule de source.

Une masse se chiffre en nombre d'atomes grâce au nombre d'Avogadro : environ 6 10²³ baballes par molécule-gramme.
Une puissance se calcule en nombre de photons grâce à la formule de base E = h*v, énergie en joule, h=cte de Planck et v la fréquence de l'onde reçue.

Une réaction chimique(de combustion par exemple) qui émet un photon de lumière verte (2.5 eV) pour chacun de ses atomes, dégage une énergie de 240 000 joules par mole.
Voilà un processus qui met en jeu TOUS les atomes de la masse en question, tu peux comparer avec un processus où n'interviendrait qu'un éclairement dû au plein soleil. (on va dire 800 joules par m²)
On est loin de solliciter la totalité du matériau qui a largement le temps de trouver un équilibre entre absorption et la ré-émission.