Comportement des gaz.

[arsenil]

Bonjour

Pourquoi la vitesse moyennes des particules d'un gaz, atomes ou molécules, augmente-t-elle lorsque la température augmente*? Ou, si vous préférez diminue-t-elle lorsque la température diminue.
Je pense que la réponse se trouve dans n'importe quel livre de thermodynamique, au chapitre «*Théorie cinétique des gaz*».
L'agitation thermique y est expliquée*; décortiquée*; formulée*; adaptée pour chaque type de gaz.
Et ma question n'a pas beaucoup de sens.

Je voudrais faire référence à une partie de la mécanique. La gravitation.
En m'arrêtant sur une des formules de Newton. F = m.a
Et en retournant même jusque Galilée qui a, je pense, énoncé le premier le principe d'inertie. Si un corps est au repos ou en mouvement rectiligne uniforme, il reste dans cet état tant que rien ne vient l'influencer.
Ce que Newton a formalisé mathématiquement.

Je m'accroche donc à une particule de gaz.
Qui se trouve avec des millions (milliards?) d'autres dans une enceinte fermée parfaitement thermo régulée.
La particule se cogne à d'autres*; Se cogne de temps en temps à la paroi. Sa vitesse se modifie*; en valeur et en direction.
Mais globalement, la somme des énergies cinétiques de toutes les particules de l'enceinte ne varie pas.

On augmente la température de l'enceinte de 100 °C.
Si l'enceinte était vide, la dépense calorifique serait moins importante que si l'enceinte contient un gaz.
Le gaz reçoit donc de l'énergie.
La pression augmente. Et ceci est expliqué par l'augmentation de vitesse des particules du gaz.

Quelle est la force qui a agit sur les particules de gaz*?
Enfin, si on peut se poser cette question.

Toujours en référence avec la loi de gravitation.
Lorsque deux masses sont distantes une de l'autre et libres de se mouvoir, elles se rapprochent une de l'autre. Sans intervention extérieur.
La force (G.m.m/d²) est la résultante de leur présence.

Je précise donc ma question.
L'augmentation de vitesse des particules de gaz est-elle due à «*quelque chose*» qui se modifie au sein des particules de gaz. Ou à l'influence de la paroi dont la température augmente*?

Qu'en pensez-vous*?

Arsenil.
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[phys4]

Bonjour, il y a beaucoup de choses dans ces remarques, qui tournent toutes autour d'un seule question : qu'est ce que la température ?

Pourquoi la vitesse moyennes des particules d'un gaz, atomes ou molécules, augmente-t-elle lorsque la température augmente*? Ou, si vous préférez diminue-t-elle lorsque la température diminue.

C'est que la température est l'énergie moyenne des particules, donc le changement de vitesse avec la température c'est le changement de température.

Je m'accroche donc à une particule de gaz.
Qui se trouve avec des millions (milliards?) d'autres dans une enceinte fermée parfaitement thermo régulée.
La particule se cogne à d'autres*; Se cogne de temps en temps à la paroi. Sa vitesse se modifie*; en valeur et en direction.
Mais globalement, la somme des énergies cinétiques de toutes les particules de l'enceinte ne varie pas.

C'est le cas de la température constante, l'énergie moyenne ne varie pas.

On augmente la température de l'enceinte de 100 °C.
Si l'enceinte était vide, la dépense calorifique serait moins importante que si l'enceinte contient un gaz.
Le gaz reçoit donc de l'énergie.
La pression augmente. Et ceci est expliqué par l'augmentation de vitesse des particules du gaz.

Quelle est la force qui a agit sur les particules de gaz*?

Il n'y a rien d'autre que les chocs avec la paroi : pour augmenter la température de 100°, vous allez chauffer les parois, donc l'énergie moyenne des particules mobiles constituant la paroi sera augmentée de 100°, lors des chocs du gaz avec les parois cette énergie moyenne sera communiquée progressivement à toutes les particules du gaz.
Cet échange est parfois assez lent, la vitesse d'échange entre un gaz et une paroi solide dépend de la diffusion des molécules et peut demande de plusieurs minutes à plusieurs heures suivant le volume considéré.

[arsenil]

Bonsoir

Je vous remercie de votre réponse.

Arsenil.

[arsenil]

Bonjour

J'essaie de "comprendre" comment se fait l'échange d'énergie entre la paroi qui augmente de température et le gaz.
Les particules (atomes ou molécules) de la paroi "vibrent" plus vite lorsque sa température augmente.
Mais la particule de gaz a autant de chance de "cogner" une particule de la paroi lorsque elle recule que lorsqu'elle avance vers la particule de gaz.

Mais je n'avais pas envisagé que cet échange pouvait prendre beaucoup de temps.
Beaucoup de temps pour un gaz. Par opposition à un morceau de cuivre par exemple.

J'ai donc laissé tout cela "tourner" dans ma tête.

En "fouinant", je suis tombé sur les valeurs de la capacité thermique molaire des gaz neutres . Helium, néon, argon, xénon, krypton.
C'est la même valeur ! A 25°C et à même pression.
Il faut la même quantité de chaleur pour augmenter de un degré une mole de ces gaz...........
Pourtant la quantité de protons et de neutrons (et d'électrons) n'est pas la même.
C'est bizarre.............

Pour les autres gaz (H2, O2, N2, F2, Cl2, Br2 et I2) la capacité thermique est plus importante, d'autant plus que leur masse atomique est plus importante.

Oui, la température est bien une "image" de la vitesse des particules d'un gaz. Qui se répercute sur la pression.
Mais c'est probablement aussi une "image" d'une modification dans la structure électronique de l'atome (gaz rares) ou de la molécule (H2, N2...).

Bohr (et d'autres, je pense) a montré que l'électron ne pouvait se trouver que sur certaines orbites dans l'atome d'hydrogène. Il ne devrait donc que se trouver "à certaines températures". Oui, sauf que on ne mesure pas (encore) la température d'un atome d'hydrogène, ou d'un atome de néon. Mais la température de millions (milliards...) d'atomes "réunis".

Arsenil.

[A voir en vidéo sur Futura]

[phys4]

Une bonne remarque, en effet, la température a un caractère statistique, elle n'a de sens que pour un ensemble d'un grand nombre de particules.
Pour les gaz rares, la molécule est constitué d'un seul atome de symétrie parfaitement sphérique, elle n'ont qu'une forme d'énergie, leur vitesse.
Pour une température donnée, la valeur caractéristique n'est pas la vitesse mais l'énergie, par conséquent l'énergie stockée par degré ne dépend que du nombre de particules et non de leur masse.
Les gaz rares ont donc tous des capacités calorifiques identiques.
Pour les molécules diatomiques, l'énergie est également stockée sous forme de rotation de la molécule. Ce n'est pas la masse qui compte, mais la forme de la molécule et les mouvements pouvant conserver de l'énergie.

[arsenil]

Rebonjour

Je me répète.
Pour augmenter d'un degré la température de 4 (quatre) grammes d'hélium il faut la même quantité d'énergie (de chaleur) que pour 131 (cent trente et un) gramme de xénon.
Cà "choque" mon sens commun.

De plus, dans les mêmes conditions de température et de pression, une mole d'un gaz rare occupe le même volume quelque soit sa masse atomique. (Sauf le radon, mais il n'est pas stable... Il est radioactif, de période +/- 4 jours.

Bien sûr, si la pression est la même, la vitesse moyenne des molécules de xénon doit être plus faible que celles de l'hélium. Le rapport des vitesses au carré égale le rapport des masses............

Mais il me semble que l'augmentation de température doit être aussi une modification dans la structure électronique de ces atomes. Qui ont tous la même couche d'électrons externes. Il me semble qu'il faut que je me replonge dans la théorie de Bohr. Je ne sais pas pourquoi.

Des idées?

Arsenil

[LPFR]

...
Mais il me semble que l'augmentation de température doit être aussi une modification dans la structure électronique de ces atomes. Qui ont tous la même couche d'électrons externes. Il me semble qu'il faut que je me replonge dans la théorie de Bohr. Je ne sais pas pourquoi.
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Bonjour.
Non. La structure électronique ne change pas avec la température.
Et les énergies ne jouent pas dans al même division.
L’énergie thermique d’un atome (ou d’un électron) est 3/2 kT soit quelques 25 meV à la température ambiante. Alors que l’énergie d’ionisation se situe vers 13 eV. Et celle des états excités dans le 1 eV.

Si vous voulez vous plonger dans la structure atomique, je vous déconseille le modèle de Bohr qui a été abandonné par les scientifiques depuis 100 ans. De plus, il ne fonctionne que pour l’hydrogène et même pas pour l’hélium, pour lequel il faut utiliser un chausse-pied.
Plongez-vous plutôt sur le modèle ondulatoire (équation de Schrödinger).

Au revoir.

[arsenil]

Bonjour

Merci pour votre réponse.

Arsenil