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Un modèle simple d'électron vibrant autour d'un atome...



  1. #1
    Vin'Z

    Un modèle simple d'électron vibrant autour d'un atome...


    ------

    Bonjour,

    J'ai à étudier les phenomènes qui produisent de la chaleur au niveau atomique lorsque de la matière est soumis à un rayonnement de micro-ondes. (Je suis en PCSI)

    C'est une étude assez simplifié (à savoir que toute physique quantique dans les calculs est laissée de côté ).

    D'abord d'après ce que j'ai pu trouver, la chaleur peut être produite de deux façons dans la matière :
    • Certaines molécules polarisées se mettent en mouvement sous l'action du champ électrique et par chocs avec les molécules voisines on a comme par magie* de la chaleur !
    • Les électrons des couches supérieurs des atomes composant la matières "vibrent" sous l'action du champ électrique du rayonnement EM. Ensuite comme par magie* on a de la chaleur !
    * Notez que j'utilise l'expression "comme par magie" car je ne sais pas encore expliquer en détail le pourquoi du comment de cet apport de chaleur.



    Mes questions concernent ces deux aspects.


    >> Concernant la mise en mouvement moléculaire, est-ce les chocs uniquement qui produisent la chaleur ? (Ca tourne ca s'entrechoque et par un effet de chaine ca bouge de plus en plus donc il y a chaleur ?!)
    Existe-t-il un moyen simple de modéliser ce phénomène ? (un modèle mathématique/Statistique mettant en scène des chocs de molécules et permettant de donner un aperçu de la chaleur apportée.)




    >> Maintenant venons en à la vibration des électrons.
    Tout d'abord je ne sais pas si c'est très juste de parler de vibration d'électrons, mais j'essai de rester dans la modélisation simple (pour autant j'aimerais que le modèle décrive la réalité avec plus ou moins d'exactitude ).

    Apparement il est possible de faire une approche mathématique simple de ce phénomène par l'étude de l'électron comme un oscillateur amorti. (un parallèle sympa avec mes cours de méca .)
    Pour le moment je n'ai pas de documents précis sur cette modélisation, donc si vous avez un lien je serais bien avancé . Ensuite j'aimerais quelques explications sur le phénomène en lui même.



    -> Comment cela se fait-il qu'un électron qui vibre puisse nous apporter de la chaleur (comme par magie ) ?
    Je suppose que la mise en mouvement de l'electron va dégager un rayonnement électromagnétique... mais est-ce la source de notre chaleur ? Merci de m'éclaircir la dessus.


    -> Est-ce que la vibration de l'électron dont je parle peut-être assimilée à l'absorption du rayonnement EM (micro-onde) par l'électron ? (Est-ce la même chose ?)


    -> Ensuite, est-ce que tous les électrons sont assujetis à ce phénomène ?
    Ca doit dépendre des niveaux d'énergie de l'électron de l'atome et de la fréquence de la micro-onde je suppose... Il doit y avoir des valeurs pour lequels l'électrons vibre et pour d'autre non...
    Comment calculer (ou mettre en évidence par le calcul) ce rapport fréquence / Etat de l'electron ?




    Entre ces deux phénomènes, lequel est le plus courant, lequel est privilégié ?


    Enfin, existe-t-il d'autres phénomènes physiques qui entre en jeu dans la production de chaleur dans la matière avec les micro-ondes ?



    Voilà j'en ai fini pour toutes mes questions . Merci de m'avoir lu jusque là et d'avance merci si vous préparez une réponse !

    -----

  2. #2
    Coincoin

    Re : Un modèle simple d'électron vibrant autour d'un atome...

    Salut,
    C'est pas pour te répondre, mais juste pour te signaler que le bleu, c'est pas agréable à lire...
    Encore une victoire de Canard !

  3. #3
    philou21

    Re : Un modèle simple d'électron vibrant autour d'un atome...

    Bonsoir,
    Moi je suis un peu étonné de l’interaction micro-onde électron (électron lié à une molécule s’entend).

    La fréquence des micro-ondes tombe dans le domaine des mouvements nucléaires. Notamment des rotations moléculaires.

    On conçoit donc assez bien que ce rayonnement va pouvoir agiter en « retournant » les molécules (l’eau en général). Ce mouvement forcé va se communiquer aux molécules voisines sous forme de vibrations moléculaires et ainsi augmenter la température de l’ensemble.

    La « fréquence de vibration propre» de l’électron va être beaucoup plus élevée, disons à la louche entre 12000 et 100000 cm-1 comparé au 0.1 cm-1 d’un four à micro-onde. Je ne vois donc pas comment cette fréquence va mettre en « vibration » l’électron !

    Pour moi le cortège électronique moléculaire est transparent aux micro-ondes. Peut être me trompe-je. Je demande l’avis d’un spécialiste.
    Cordialement

  4. #4
    gatsu

    Re : Un modèle simple d'électron vibrant autour d'un atome...

    Citation Envoyé par Vin'Z
    Bonjour,

    J'ai à étudier les phenomènes qui produisent de la chaleur au niveau atomique lorsque de la matière est soumis à un rayonnement de micro-ondes. (Je suis en PCSI)

    C'est une étude assez simplifié (à savoir que toute physique quantique dans les calculs est laissée de côté ).

    D'abord d'après ce que j'ai pu trouver, la chaleur peut être produite de deux façons dans la matière :
    • Certaines molécules polarisées se mettent en mouvement sous l'action du champ électrique et par chocs avec les molécules voisines on a comme par magie* de la chaleur !
    • Les électrons des couches supérieurs des atomes composant la matières "vibrent" sous l'action du champ électrique du rayonnement EM. Ensuite comme par magie* on a de la chaleur !
    * Notez que j'utilise l'expression "comme par magie" car je ne sais pas encore expliquer en détail le pourquoi du comment de cet apport de chaleur.



    Mes questions concernent ces deux aspects.


    >> Concernant la mise en mouvement moléculaire, est-ce les chocs uniquement qui produisent la chaleur ? (Ca tourne ca s'entrechoque et par un effet de chaine ca bouge de plus en plus donc il y a chaleur ?!)
    Existe-t-il un moyen simple de modéliser ce phénomène ? (un modèle mathématique/Statistique mettant en scène des chocs de molécules et permettant de donner un aperçu de la chaleur apportée.)




    >> Maintenant venons en à la vibration des électrons.
    Tout d'abord je ne sais pas si c'est très juste de parler de vibration d'électrons, mais j'essai de rester dans la modélisation simple (pour autant j'aimerais que le modèle décrive la réalité avec plus ou moins d'exactitude ).

    Apparement il est possible de faire une approche mathématique simple de ce phénomène par l'étude de l'électron comme un oscillateur amorti. (un parallèle sympa avec mes cours de méca .)
    Pour le moment je n'ai pas de documents précis sur cette modélisation, donc si vous avez un lien je serais bien avancé . Ensuite j'aimerais quelques explications sur le phénomène en lui même.



    -> Comment cela se fait-il qu'un électron qui vibre puisse nous apporter de la chaleur (comme par magie ) ?
    Je suppose que la mise en mouvement de l'electron va dégager un rayonnement électromagnétique... mais est-ce la source de notre chaleur ? Merci de m'éclaircir la dessus.


    -> Est-ce que la vibration de l'électron dont je parle peut-être assimilée à l'absorption du rayonnement EM (micro-onde) par l'électron ? (Est-ce la même chose ?)


    -> Ensuite, est-ce que tous les électrons sont assujetis à ce phénomène ?
    Ca doit dépendre des niveaux d'énergie de l'électron de l'atome et de la fréquence de la micro-onde je suppose... Il doit y avoir des valeurs pour lequels l'électrons vibre et pour d'autre non...
    Comment calculer (ou mettre en évidence par le calcul) ce rapport fréquence / Etat de l'electron ?




    Entre ces deux phénomènes, lequel est le plus courant, lequel est privilégié ?


    Enfin, existe-t-il d'autres phénomènes physiques qui entre en jeu dans la production de chaleur dans la matière avec les micro-ondes ?



    Voilà j'en ai fini pour toutes mes questions . Merci de m'avoir lu jusque là et d'avance merci si vous préparez une réponse !
    Lorsque tu parles de chaleur apportée, je suppose que tu parles d'augmentation de température non?
    Si c'est le cas essaie déjà de te renseigner sur la définition statistique de la température (y a pas besoin de quantique) je te la donnerais si t'en trouves pas mais je trouve que c'est tres important pour ce que tu veux faire...ça te permettra déjà de comprendre comment la "mise en vibration" d'un électron (autour de sa position "d'équilibre") peut faire augmenter la température.
    Est ce que tu as le droit de parler d'une assemblée d'atomes? parceque ça me semble limité de parler de température et de chaleur pour un seul atome (est ce qu'on a le droit de parler des molécules diatomiques aussi?)

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    didier9417

    Re : Un modèle simple d'électron vibrant autour d'un atome...

    Citation Envoyé par gatsu
    Est ce que tu as le droit de parler d'une assemblée d'atomes? parceque ça me semble limité de parler de température et de chaleur pour un seul atome (est ce qu'on a le droit de parler des molécules diatomiques aussi?)
    salut,
    juste une precision(pour une fois que je crois savoir),la temperature ne peut s'appliquer qu'a la collectivité.....ou c'est moi qui est tout faux....?
    non,j'crois pas ..... la temperature c'est bien la mesure de l'agitation moyenne des particules qui composent un corps,celle des atomes pour un corps "simple",celle des molecules pour un corps composé,donc on ne peut l'appliquer qu'a l'ensemble....cqfd......

    cordialement
    Dernière modification par didier9417 ; 20/03/2006 à 21h29.

  7. #6
    Vin'Z

    Re : Un modèle simple d'électron vibrant autour d'un atome...

    Merci pour les réponse.

    Tout d'abord désolé si le bleu peu vous faire mal aux yeux , c'était pour rendre la lecture plus agréable de l'habituel noir et blanc . m'enfin, je ne peux apparement plus editer mon message maintenant.


    >> Concernant la réponse de philou au sujet de la vibration de l'electron et du domaine de fréquences des micro-ondes, c'est notre prof de physique qui nous a mis sur cette voie...
    Mais si on fait abstraction des micro-ondes, avec une onde EM il est possible de les faire vibrer pour en sous tirer de la chaleur tout de même ? (je veux dire par là, est-ce ce phénomène se produit réellment ?!)


    >> Pour répondre à gatsu, oui quand je parle de chaleur apportée je veux bien parler d'augmentation de T°.
    A vrai dire, je ne vois pas trop ce que cela pourrait signifier d'autre...

    Concernant ma définition de chaleur... pour le moment c'est pour moi une agitation moléculaire ou atomique.
    Nous n'avons pas encore abordé la thermo en physique(/chimie) par conséquent je n'ai pas pensé à me posé d'autres questions au niveau des définitions de la chaleur.
    Maintenant que tu me l'as fait remarqué j'ai fait quelques recherches. Il y a une déf thermodynamique de la chaleur sur Wikipédia (sans base de thermo c'est assez flou pour le moment ) mais je n'ai pas de bouquin sur le sujet concernant mes futurs cours pour en savoir plus.
    Je ne sais pas si la définition à laquelle tu penses est celle-ci (cours de thermo).

    Pour la question si j'ai le droit de parler d'un groupe d'atome. Bien sûr que j'ai le droit . Pour parler réellement de température, c'est sûr que je ne peux pas considérer discrètement un seul atome. Mais ce que je cherche à comprendre dans un premier temps c'est comment la vibration d'un électron permet d'apporter l'énergie nécessaire à l'atome pour que - globalement - la T° augmente dans la matière.

    Merci.

  8. #7
    mtheory

    Re : Un modèle simple d'électron vibrant autour d'un atome...

    Salut!
    Tu ne peux pas parler d'échanges de chaleur avec un atome mais uniquement d'échange de chaleur entre deux ensembles comportant un grand nombre d'atomes.
    En fait c'est lié à des notions d'équipartition de l'énergie entre les différents degrés de libertés d'un système.
    Que tu considères l'énergie cinétique moyenne pour des atomes dans un gaz parfait ou celle de rotation/vibration de molécules di-atomiques ça ne changera rien.
    Sur ces histoires de définition statistique de la chaleur je te conseillerai de regarder à ton niveau le Reif

    http://www.eyrolles.com/Sciences/Liv...0ff7b0e07fe6dc
    Dernière modification par mtheory ; 20/03/2006 à 21h47.
    “I'm smart enough to know that I'm dumb.” Richard Feynman

  9. #8
    philou21

    Re : Un modèle simple d'électron vibrant autour d'un atome...

    En gros, l’interaction d’un champ EM avec la molécule peut se faire de 2 manières :

    • le champ EM provoque une transition entre 2 niveaux énergétiques de la molécule, un photon est absorbé. Le système va retourner à l’équilibre en réémettant un photon qui peut avoir une énergie inférieure à celui qui a été absorbé. La molécule garde une fraction de l’énergie sous forme vibrationnelle, d’où chaleur…

    • le champ EM n’a pas la bonne fréquence pour provoquer une transition. Le photon va subir un simple choc avec la molécule et être diffusé. En général le photon diffusé garde la même énergie (même fréquence) mais dans certain cas, le choc est inélastique et une fraction de l’énergie est également transférée en vibrations moléculaires : encore de la chaleur…

    Donc effectivement, « secouer » les électrons peut apporter de la chaleur. Mais pour « secouer » ces électrons il faut, d’après moi, non pas utiliser des micro-ondes mais des fréquences dans le domaine du visible ou de l’ultra-violet.

  10. #9
    gatsu

    Re : Un modèle simple d'électron vibrant autour d'un atome...

    Citation Envoyé par didier9417
    salut,
    juste une precision(pour une fois que je crois savoir),la temperature ne peut s'appliquer qu'a la collectivité.....
    J'ai dit le contraire?
    ....cqfd......
    ça va les chevilles ?

    (désolé j'aime pas les cqfd )

  11. #10
    gatsu

    Re : Un modèle simple d'électron vibrant autour d'un atome...

    Faire le calcul en soit n'est pas si simple que ça et je ne vois pas trop comment faire sans utiliser la mécanique statistique (et quantique d'ailleurs).
    Je ne pense pas en plus qu'un traitement dans l'ensemble canonique répondrait à la question
    Des idées?

  12. #11
    didier9417

    Re : Un modèle simple d'électron vibrant autour d'un atome...

    Citation Envoyé par gatsu
    ça va les chevilles ?

    (désolé j'aime pas les cqfd )
    salut,
    moi non plus j'aime pas ca...!!!!
    c'etait de l'ironie......
    en fait j'attends la suite des posts pour en apprendre un peu plus.........

    sinon,bien que tu n'est pas dit le contraire,il te semble "limite" de parler de temperature pour un seul atome,ma precision etait de souligner le fait que la temperature est exclusicement lie a un ensemble.....donc c'est impossible,non pas limité
    (non,j'cherche pas a avoir raison!!! )


    ps:sans etre donneur de lecon, un petit salut ou bonjour ou yo les men's........c'est cool.....

  13. #12
    gatsu

    Re : Un modèle simple d'électron vibrant autour d'un atome...

    Bonjour,

    ça peut paraitre bête comme question mais bon je profite de cette discussion pour demander ce qui empeche à la température statistique (définie dans l'ensemble microcanonique) d'avoir un sens pour un système constitué d'un petit nombre de particules ( lorsqu'on doit faire le lien avec la thermo je comprends mais sinon est ce que ça n'a vraiment pas de sens) ?

    Merci d'avance pour vos réponses.

  14. #13
    mtheory

    Re : Un modèle simple d'électron vibrant autour d'un atome...

    Citation Envoyé par gatsu
    Bonjour,

    ça peut paraitre bête comme question mais bon je profite de cette discussion pour demander ce qui empeche à la température statistique (définie dans l'ensemble microcanonique) d'avoir un sens pour un système constitué d'un petit nombre de particules ( lorsqu'on doit faire le lien avec la thermo je comprends mais sinon est ce que ça n'a vraiment pas de sens) ?

    Merci d'avance pour vos réponses.
    Je crois que ça marche,sans être sûr, dés que tu as quelques centaines de particules.Faudrait que je consulte les bibles
    “I'm smart enough to know that I'm dumb.” Richard Feynman

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