Équilibration des charges positives et négatives

[invite4058503f]

Pourquoi, dans la nature, tout veut s'équilibrer ? ( + et - s’attirent pour être neutre ) Pourquoi la nature admet que neutre est l'état normal ? Et d'où vient cette force, voir cette énergie qui attire le + et le - ?
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[f6bes]

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[invite93279690]

Pourquoi, dans la nature, tout veut s'équilibrer ? ( + et - s’attirent pour être neutre ) Pourquoi la nature admet que neutre est l'état normal ? Et d'où vient cette force, voir cette énergie qui attire le + et le - ?

Bonjour,

Cette question est assez profonde et il n'est pas gagne que les réponses que l'on va proposer satisfassent entièrement ta curiosité.

Je ne fais pas te faire l'affront commun de te dire "la science ne répond pas au pourquoi mais au comment" mais tu vas sans doute le lire dans d'autres réponses.

Il y a deux points dans ta question qui meritent d'être un peu clarifié :

1- tu parles "d'équilibrer" mais qu'entends tu par la exactement ?

2- tu sembles faire une confusion (commune) entre force et énergie

Je vais d'abord m'occuper de la deuxième partie concernant les forces et leur generation en me focalisant sur l'exemple de charges opposées.

Une manière classique de se représenter les choses est d'envisager que le vide qui sépare deux charges en general n'est en fait pas vide mais est "rempli" d'un champ dit électromagnétique que tu peux imaginer un peu comme une "nappe de table un peu compliquée" qui peut être plane mais également déformée.

En l'absence de charge, la "nappe" electromagnetique (EM) n'a aucune deformation et tout va bien. L'introduction de charges va en fait deformer le champ EM et le courber : les charges + déforment le champ EM "positivement" (tu peux imaginer une nappe sur laquelle on fait une bosse et te representer la deformation de l'ensemble de la nappe a cause de cette bosse) tandis que les charges negatives déforment "négativement" le champ EM (au lieu d'une bosse sur une nappe de table, tu peux imaginer qu'on y fait un creux et visualiser la deformation de l'ensemble de la nappe correspondante).

La deformation du champ EM engendrée par les charges est stockée dans le champ EM lui meme sous forme d'énergie dite "potentielle" (un peu comme un ressort que l'on étire par exemple). Si les charges sont libres de se déplacer, la nappe va essayer de faire diminuer son énergie potentielle en faisant se déplacer les charges (c'est a dire en changeant la position de la bosse et du creux l'un par rapport a l'autre); c'est l'explication actuelle du concept de force électrostatique en mécanique.

Dans le cas de charges de signe oppose, il se trouve que la deformation provoquee par un creux "annule" localement les deformations provoquées par une bosse et que du coup le champ EM a tout intérêt a faire se rapprocher le creux et la bosse pour minimiser son énergie potentielle, c'est pour cela que la force entre deux charges de signes opposes est attractive.

Cela n'est cependant pas suffisant pour conduire deux charges a l'état neutre. En effet, tout objet soumis a une force acquiert lui aussi une énergie dite "cinétique" et deux charges qui s'attirent vont acquérir de l'énergie cinétique au fur et a mesure qu'elles se rapprochent l'une de l'autre de telle sorte que tout se passe comme si la "volonté" du champ EM de minimiser son énergie potentielle de deformation n'était possible qu'au prix de la convertir en énergie cinétique des particules chargées de telle sorte que lorsque les charges se croisent pour conduire a une deformation nulle du champ EM (et avoir la neutralité), elles continuent leur chemin comme des balles de revolver et n'ont aucune raison de s'arrêter. Ce faisant, elles vont alors se re-eloigner l'une de l'autre et recommencer a deformer le champ EM, tout en perdant l'énergie cinétique qu'elles avaient gagnée; pour finalement atteindre une vitesse nulle lorsque la distance qui les sépare est exactement la meme qu'initialement.

On en vient donc au premier point qui est a propos de la notion d'équilibre. Comme on l'a vue, deux particules de charges opposées soumises au forces électrostatiques seules ne s'arrêteront jamais de faire des va-et-vient sans jamais pouvoir devenir une entité neutre et stable. C'est le cas de tout système mécanique soumis a une force dite "conservative" dont l'appellation provient du fait que ces forces stockent de l'energie de façon potentielle et la restorent sans perte sous forme d'énergie cinetique de mobiles d'épreuve et vice versa.

Pour obtenir ce qu'on appelle intuitivement un vrai equilibre, il faut ajouter un autre principe qui s'appelle le second principe de la thermodynamique qui autorise certains événements a ne se produire que dans un sens ou plutôt interdit a certains phénomènes de se produire dans l'autre sens. Par exemple si tu sautes dans une piscine et que tu atteints une certaine profondeur, tu ne va pas repartir dans l'autre sens, être éjecté de l'eau et atterrir sur le plongeoir tranquillement. C'est parce que ton énergie cinétique a été dissipée in fine sous forme de chaleur en collisionnant avec les molecules d'air et surtout les molecules d'eau. Le fait que la chaleur ne revienne pas spontanément dans ton corps pour te redonner l'énergie cinétique de depart est une consequence de ce second principe de la thermodynamique.

Ainsi, si il est possible d'introduire de la dissipation lorsque les charges sont en mouvement, alors elles vont finir par s'arrêter a l'état neutre après un certain temps.
Dans le cas de simples charges déformant le champ EM, il se trouve que le champ EM (s'étendant a l'infini) est aussi un milieu dissipatif qui va faire perdre de l'énergie cinétique progressivement aux deux charges en mouvement (accéléré) leur permettant ainsi d'atteindre l'état d'équilibre neutre dont tu parles.

[invite4058503f]

Je te remercie gatsu pour le temps que tu as attribué à me répondre.

En effet, j'ai du mal a discerner la force de l'énergie. Il me semble que c'est l'énergie qui crée la force, mais par exemple un aimant naturel produit une force sans avoir besoin énergie.

En lisant ta réponse j'ai comprit comment agit la force qui attire une charge positive et une charge négative, en revanche, je n'ai toujours pas compris pourquoi les charges positive et négative s’attirent :
J'ai déjà vue l'exemple de la nappe pour expliquer le phénomène de la gravité. Cela me rappelle une question que je m'était déjà posé : Pourquoi les objet s'attirent ? Peu importe ce n'est pas le sujet de discussion. je comprend très bien l'exemple de la nappe mais ça n'explique toujours pas pourquoi le champ EM agit ainsi : le champ EM agit comme une nappe mais pourquoi agit-il comme une nappe ?

Merci pour ta réponse et merci d'avance à tout ceux qui pourrais me répondre.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite93279690]

Je te remercie gatsu pour le temps que tu as attribué à me répondre.

En effet, j'ai du mal a discerner la force de l'énergie. Il me semble que c'est l'énergie qui crée la force, mais par exemple un aimant naturel produit une force sans avoir besoin énergie.

C'est une difference d'énergie qui créer une force. Et c'est la meme chose pour deux aimants a une certaine distance l'un de l'autre.

En lisant ta réponse j'ai comprit comment agit la force qui attire une charge positive et une charge négative, en revanche, je n'ai toujours pas compris pourquoi les charges positive et négative s’attirent :
J'ai déjà vue l'exemple de la nappe pour expliquer le phénomène de la gravité. Cela me rappelle une question que je m'était déjà posé : Pourquoi les objet s'attirent ? Peu importe ce n'est pas le sujet de discussion. je comprend très bien l'exemple de la nappe mais ça n'explique toujours pas pourquoi le champ EM agit ainsi : le champ EM agit comme une nappe mais pourquoi agit-il comme une nappe ?

L'explication est de pourquoi la force est générée est basée sur trois principe fondamentaux (meme lorsqu'on complexifie beaucoup plus la description) :

- les objets fondamentaux par lesquelles les interactions sont relayées sont des champs qui remplissent l'espace

- la deformation de ces champs ne peut pas se faire gratuitement c'est a dire qu'il faut fournir un travail (il faut suer quoi) pour deformer le champ EM et cette énergie fournie est stockée dans le champ EM sous une forme potentielle (au sens de potentiellement réutilisable)

- si le champ EM a l'opportunité de réduire son energie potentielle de deformation en agissant sur l'etat de mouvement de certains corps avec lesquels il interagit, alors il le fera et cela se traduira par l'existence d'une force mécanique sur ces derniers

Ces trois principes n'ont pas d'explications plus fondamentale a l'heure actuelle; ils constituent l'état actuel de notre comprehension de pourquoi les corps se meuvent.
Mais la discussion de l'explication finit ensuite par être quelque chose de personnel : si on admet ces principes, alors on a une explication possible a ton pourquoi mais ces principes peuvent aussi ne pas representer une cadre explicatif suffisant ou satisfaisant selon tes propres gouts.

Une chose est sure cependant, aucun cadre explicatif ne peut se passer de "principes explicatifs de base" (comme ceux que j'ai mentionnes), on ne peut pas expliquer quelque chose a partir du néant.

[invite4058503f]

Je te remercie une deuxième fois pour ta réponse.

Celle-ci me convient cependant, je ne comprend toujours pas le troisième point :

si le champ EM a l'opportunité de réduire son energie potentielle de deformation en agissant sur l'etat de mouvement de certains corps avec lesquels il interagit, alors il le fera

Mais bon si il n'existe toujours pas de réponse à ce principe, je me contenterais de croire ce principe sans le comprendre.

Ces trois principes n'ont pas d'explications plus fondamentale a l'heure actuelle

Merci, pour m'avoir appris certaines chose que je en savais pas. Tu as quand même éclairci mon esprit.

[invite4058503f]

J'envoie encore un message pour dire que je vient tout-juste de m'inscrire sur le forum, c'est la première discussion que je crée et j'ai eu un accueille très chaleureux : on me répond très vite à ma première question et la réponse ne tient même pas dans mon écran tellement qu'elle est grosse. Rien que ça, ça me met le baume au cœur. Je te remercie encore, gatsu, pour ton accueille.

[invite9cecbb6f]

Je n'ai pas trouvé en français mais j'aime beaucoup cette video