Dissipation de l'Energie : ma compréhension (bonne/érronée?)

[ThunderJack]

Bonjours à tous,

Ayant pas mal cherché et n'ayant pas encore trouvé de source (livre, site internet,...) abordant cette question avec rigueur, j'ai essayé de trouver par moi-même et sur base de mes connaissances les mécanismes qui pouvaient mener à une dissipation de l'énergie. Je pense ne pas être très loin de la réalité mais j'aimerais connaître l'avis de physiciens sur le sujet. Si vous connaissez un bon livre ou un bon site internet qui aborde cette thématique, je vous en serais égalemet très reconnaissant.

Formation des planètes
Imaginons un immense nuage de particules massiques en mouvement. Chacune d'entre elles émet un champ gravitationnel autour d'elle qui tend à attirer les autres particules. Intuitivement on pourrait croire que cela engendre forcément un objet cohérent après quelques temps mais en réalité, ce n'est pas si évident :

- Lorsque deux particules rentrent en collision, elles ne se "soudent" pas l'une à l'autre mais rebondissent (conservation de l'énergie). Avec un très grand nombre de particules, c'est la même chose, le nuage rebondit localement sur lui même au gré des collision et on peut attendre très longtemps : le nuage restera un nuage et la somme des énergies potentielles et cinétiques de toutes les particules restera constante. De telle sorte que si à un instant donné, les particules sont toutes très proches les unes des autres (énergie potentielle faible) et que le tout ressemble à peu près à une planète en formation, leur vitesse est telle qu'elles s'éloigneront aussitôt. Jamais une planète ne se formera si l'on ne prend que cela en compte.

Mon hypothèse : A un instant donné, on peut calculer le centre de gravité de tout le système. Ensuite, on peut dessiner un graphique d'énergie potentielle en fonction de la distance à ce centre et mesurer l'énergie potentielle de chaque particule. Ce graphique nous indique que si une particule possède assez d'énergie cinétique, elle échappe à l'attraction de toutes les autres particules du système (dans mon exemple, elle est éjectée du nuage). Or on peut en déduire que si son énergie cinétique était si grande, en étant éjectée elle a emporté avec elle plus d'énergie que la moyenne de chaque particule. En gros, de temps en temps, après une collision, le nuage perd un peu de masse mais il perd surtout de l'énergie. Au bout d'un moment, l'énergie moyenne des particules du système diminue (l'objet se refroidit) et une planète se forme.

Autres hypothèses :

1.Bien que ma première hypothèse me semble suffisante, il est aussi possible que les particules perdent continuellement de l'énergie sous forme de rayonnement. Souvent ce rayonnement ne fait qu’exciter d'autres particules du nuage qui le perdent à nouveau mais loin du centre de gravité du nuage, les rayonnement émis se perdent dans le reste de l'univers et l'objet finit par former une planète.

2. Cet effet peut être minoritaire, mais je pense que mathématiquement, il est possible de démontrer que toute l'énergie des particules peut être transformée en mouvement de rotation de l'objet macroscopique. Je n'en suit pas tout à fait certain cependant...




Au gré des réponses, il se peut que j'ai d'autres questions.
Je remercie d'avance ceux qui auront l'amabilité de me lire et de valider/invalider les différents aspects de ma compréhension du phénomène.
Et n'oubliez pas, si vous connaissez un bon livre ou un bon site, je prend !

ThunderJack
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[mariposa]

Bonjours à tous,

Ayant pas mal cherché et n'ayant pas encore trouvé de source (livre, site internet,...) abordant cette question avec rigueur, j'ai essayé de trouver par moi-même et sur base de mes connaissances les mécanismes qui pouvaient mener à une dissipation de l'énergie. Je pense ne pas être très loin de la réalité mais j'aimerais connaître l'avis de physiciens sur le sujet. Si vous connaissez un bon livre ou un bon site internet qui aborde cette thématique, je vous en serais égalemet très reconnaissant.

Formation des planètes
Imaginons un immense nuage de particules massiques en mouvement. Chacune d'entre elles émet un champ gravitationnel autour d'elle qui tend à attirer les autres particules. Intuitivement on pourrait croire que cela engendre forcément un objet cohérent après quelques temps mais en réalité, ce n'est pas si évident :

- Lorsque deux particules rentrent en collision, elles ne se "soudent" pas l'une à l'autre mais rebondissent (conservation de l'énergie). Avec un très grand nombre de particules, c'est la même chose, le nuage rebondit localement sur lui même au gré des collision et on peut attendre très longtemps : le nuage restera un nuage et la somme des énergies potentielles et cinétiques de toutes les particules restera constante. De telle sorte que si à un instant donné, les particules sont toutes très proches les unes des autres (énergie potentielle faible) et que le tout ressemble à peu près à une planète en formation, leur vitesse est telle qu'elles s'éloigneront aussitôt. Jamais une planète ne se formera si l'on ne prend que cela en compte.

Mon hypothèse : A un instant donné, on peut calculer le centre de gravité de tout le système. Ensuite, on peut dessiner un graphique d'énergie potentielle en fonction de la distance à ce centre et mesurer l'énergie potentielle de chaque particule. Ce graphique nous indique que si une particule possède assez d'énergie cinétique, elle échappe à l'attraction de toutes les autres particules du système (dans mon exemple, elle est éjectée du nuage). Or on peut en déduire que si son énergie cinétique était si grande, en étant éjectée elle a emporté avec elle plus d'énergie que la moyenne de chaque particule. En gros, de temps en temps, après une collision, le nuage perd un peu de masse mais il perd surtout de l'énergie. Au bout d'un moment, l'énergie moyenne des particules du système diminue (l'objet se refroidit) et une planète se forme.

Autres hypothèses :

1.Bien que ma première hypothèse me semble suffisante, il est aussi possible que les particules perdent continuellement de l'énergie sous forme de rayonnement. Souvent ce rayonnement ne fait qu’exciter d'autres particules du nuage qui le perdent à nouveau mais loin du centre de gravité du nuage, les rayonnement émis se perdent dans le reste de l'univers et l'objet finit par former une planète.

2. Cet effet peut être minoritaire, mais je pense que mathématiquement, il est possible de démontrer que toute l'énergie des particules peut être transformée en mouvement de rotation de l'objet macroscopique. Je n'en suit pas tout à fait certain cependant...




Au gré des réponses, il se peut que j'ai d'autres questions.
Je remercie d'avance ceux qui auront l'amabilité de me lire et de valider/invalider les différents aspects de ma compréhension du phénomène.
Et n'oubliez pas, si vous connaissez un bon livre ou un bon site, je prend !

ThunderJack

Bonjour,

il te manque un ingrédient essentiel:

Une partie de l'énergie totale de ton système de particules (energie cinétique + energie potentielle) va se transformer en chaleur, cad en élévation de température des particules.

[ThunderJack]

Bonjour mariposa,

OK, mais la température c'est la même chose que l'énergie cinétique non ?
Ou peut-être voulez-vous dire qu'une partie de l'énergie cinétique de translation (de 100% au départ) se répartit en énergie cinétique de rotation et de translation.

Est-ce bien cela ?

[mariposa]

Bonjour mariposa,

OK, mais la température c'est la même chose que l'énergie cinétique non ?
Ou peut-être voulez-vous dire qu'une partie de l'énergie cinétique de translation (de 100% au départ) se répartit en énergie cinétique de rotation et de translation.

Est-ce bien cela ?

Effectivement la chaleur c'est aussi de l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle mais a l'échelle "microscopique".

Pour rester sur ton système de planetes lors de la formation du système solaire la Terre avait une température trés élevée (3000K?) et donc une quantité énorme d'énergie cinétique et potentiel de ta nébuleuse initiale s'est transformée en chaleur des planetes (qui se sont ultérieurement refroidies par rayonnement). C'est pourquoi on a un système lié, le système solaire.

[A voir en vidéo sur Futura]

[ThunderJack]

Merci à vous mariposa

Il me reste quelques incompréhensions par rapport à l'émission de ce rayonnement :
Je sais qu'un rayonnement est émis lorsqu'un électron au sein de l'atome passe d'une orbitale d'énergie supérieure à une orbitale d'énergie inférieure. Mais quel est le lien (s'il y en a un) entre l’excitation des électrons individuels au sein d'un atome et l'énergie cinétique (par exemple de translation) de l'atome dans sa totalité ?

- Si c'est le cas, existe-t-il certains modes ou états (ou fonction d'onde) pour les électrons correspondant respectivement à une vitesse de l'atome lui-même ? C'est peut-être un peu farfelu, mais on ne sait jamais.

-Si ce n'est pas le cas, l'atome a-t-il lui aussi une certaine échelle d'énergie "de déplacement", quantifiée ou non ? Ce qui expliquerai l'émission de rayonnement lors du refroidissement (décélération) des atomes au sein du nuage.
--------> Si c'est le cas et que cette énergie n'est pas quantifiée, cela explique-t-il le spectre d'émission du corps noir ? (En effet, le rayonnement émis suivrait plus-ou-moins une loi normale autour d'une certaine vitesse, ce qui "ressemble" à la courbe de Boltzmann)
--------> Si c'est le cas mais que l'énergie est quantifiée, comment expliquer le phénomène du corps noir ? Un nuage constitué particules aussi variées soient-elles n'émettrait alors qu'un nombre finis de raies discrètes dans un certain interval, peu importe leur nombre, et le spectre en serait jamais continu.

Merci encore.

[bongo1981]

Je sais qu'un rayonnement est émis lorsqu'un électron au sein de l'atome passe d'une orbitale d'énergie supérieure à une orbitale d'énergie inférieure. Mais quel est le lien (s'il y en a un) entre l’excitation des électrons individuels au sein d'un atome et l'énergie cinétique (par exemple de translation) de l'atome dans sa totalité ?

Aucun lien. L’énergie cinétique étant liée à un référentiel donné, alors que l’énergie d’un électron sur une orbitale est en première approximation absolue.

-Si ce n'est pas le cas, l'atome a-t-il lui aussi une certaine échelle d'énergie "de déplacement", quantifiée ou non ? Ce qui expliquerai l'émission de rayonnement lors du refroidissement (décélération) des atomes au sein du nuage.

Les atomes perdent de l’énergie dans un nuage en raison des collisions au sein du nuage, dit vulgairement ce sont les forces de frottements.

--------> Si c'est le cas et que cette énergie n'est pas quantifiée, cela explique-t-il le spectre d'émission du corps noir ? (En effet, le rayonnement émis suivrait plus-ou-moins une loi normale autour d'une certaine vitesse, ce qui "ressemble" à la courbe de Boltzmann)

ça y ressemble de loin alors, parce que la loi de Planck c’est pas une gaussienne.

--------> Si c'est le cas mais que l'énergie est quantifiée, comment expliquer le phénomène du corps noir ? Un nuage constitué particules aussi variées soient-elles n'émettrait alors qu'un nombre finis de raies discrètes dans un certain interval, peu importe leur nombre, et le spectre en serait jamais continu.

Merci encore.

Le phénomène de rayonnement du corps noir concerne ce qu’on appellee un corps en équilibre thermodynamique avec son rayonnement. On peut s’en approcher en pratique avec un corps quasiment fermé avec un minuscule trou dans permettant d’étudier ce rayonnement. Le rayonnement ayant été absorbé et réémis un nombre incalculable de fois avec des atomes ayant des mouvements extrêmement divers et un spectre d’absorption extrêmement divers également ce qui homogénéise cette température de sorte que ce corps et ce rayonnement sont à la même température et n’échangent plus du tout d’énergie.