Peut-on prédire le mouvement d'une molécule ?
Bonjour,
Supposons une molécule dans le vide spatial éloignée de toute influence gravitationnelle, (négligeable)
Supposons qu'elle soit exposée à un rayonnement quelquonque...Peut on prédire le mouvement de cette molécule ? On présuppose qu'au départ de l'expérience elle est au repos par rapport à un repère inertiel donné.
Cordialement
Dans cette situation, le seul moyen pour la molécule de changer de mouvement est par l'absorption/réemission du rayonnement ambiant. Est-ce que c'est ce que vous avez en tête ?
Oui en effet, je suppose que c'est là ce qui origine le mouvement des molécules, est-ce correct ?
C'est une supposition très forte pour une molécule, qu'on va supposer non mono-atomique (sinon il aurait été sujet d'un atome...). C'est bien sûr toujours possible pour le «repos» de translation. Mais une molécule a nécessairement des degrés de liberté supplémentaires, en rotation et en vibration. Et le choix d'un référentiel inertiel ne permet pas de les annuler.Envoyé par sunyata
Du seul fait que la molécule est stable (là encore, du fait qu'il soit question d'une molécule...), les énergies sur ces degrés de liberté sont suffisamment faibles pour que les indéterminations de Heisenberg jouent de manière importante.
Même dans l'état fondamental ces «mouvements» ne sont pas nuls. D'où la réponse à la question titre, non, on ne peut pas prédire précisément le mouvement de cette molécule dans le cadre des modèles en vigueur. On ne peut que faire des «prédictions» probabilistes.
Dernière modification par Amanuensis ; 24/06/2018 à 11h46.
Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.
Bonjour,
De même du fait de l'indetermination d'Heisenberg il serait tout aussi difficile de prédire les trajectoires de 2 molécules aprés leur collision, ou d'en déduire leurs trajectoire incidente avant collision, est-ce correcte ?
Dernière modification par sunyata ; 24/06/2018 à 12h01.
À ce que j'en comprends, oui.
Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.
Eh bien ça dépend du type de rayonnement dont on parle.
Est-ce un rayonnement isotrope comme un rayonnement du corps noir ?
Est-ce un rayonnement anisotrope comme un laser ?
Parle-t-on d'une situation d'équilibre entre la molécule et le rayonnement ?
Bref, il faut préciser votre question.
On peut rester dans un contexte astrophysique pour vous donner une idée. Toutes les molécules du milieu interstellaire sont en équilibre avec le rayonnement fossile, un rayonnement du corps noir à 3K environ.
Cela résulte en un mouvement du centre de masse de chaque molécule ayant les caractéristiques d'un mouvement Brownien (mais avec des ordres de grandeur bien moindres qu'un mouvement Brownien usuel, les transferts de moment par les photons sont minuscules!)
Les molécules étant en équilibre avec ce rayonnement, cela résulte également en une population d'états rovibrationnels ad hoc (Il y a une anecdote amusante concernant le prix Nobel G. Herzberg à ce sujet). Les molécules sont dans leur état électronique fondamental par contre; un rayonnement à 3K n'ayant pour ainsi dire pas de photons suffisamment énergétiques pour faire une transition électronique.
Pour résumer, une molécule en équilibre avec un rayonnement à des conséquences à la fois sur les degrés de liberté externe (mouvement du centre de masse, habituellement totalement négligeable) et interne (excitations de niveaux rovibrationnels).
On peut rester dans un contexte astrophysique pour vous donner une idée. Toutes les molécules du milieu interstellaire sont en équilibre avec le rayonnement fossile, un rayonnement du corps noir à 3K environ.
Cela résulte en un mouvement du centre de masse de chaque molécule ayant les caractéristiques d'un mouvement Brownien (mais avec des ordres de grandeur bien moindres qu'un mouvement Brownien usuel, les transferts de moment par les photons sont minuscules!)
Les molécules étant en équilibre avec ce rayonnement, cela résulte également en une population d'états rovibrationnels ad hoc (Il y a une anecdote amusante concernant le prix Nobel G. Herzberg à ce sujet
Pour résumer, une molécule en équilibre avec un rayonnement à des conséquences à la fois sur les degrés de liberté externe (mouvement du centre de masse, habituellement totalement négligeable) et interne (excitations de niveaux rovibrationnels).
Bonsoir,
Est-ce l’excitation de niveau rovibrationnelle qui est à l'origine de l'agitation moléculaire ?
Cordialement,
Ça dépend ce que vous entendez par agitation moléculaire... Habituellement, ce terme concerne les mouvements de translation du centre de masse des molécules (statistique de Maxwell-Boltzmann). Dans ce sens, non. Mouvement du centre de masse est un degré de liberté externe. Excitations rovibroniques sont des degrés de liberté internes. Les deux ne se parlent pas.
Bonsoir,
Ce degré de liberté externe du centre de masse, est-il
lié à l'instabilité des électrons, autour du noyau ? Ou bien s'agit il d'autre chose ?
Comment l'explique t on ?
Dernière modification par sunyata ; 24/06/2018 à 20h01.
Non, ça n'a rien à voir avec les électrons justement.
Quand vous partez de l'équation de Schrodinger (mais c'est la même chose en cinématique classique), vous pouvez séparer l'équation en 2. L'une décrit le mouvement du centre de masse, l'autre décrit tous les autres mouvements dans le référentiel du centre de masse justement. Les deux mouvements sont indépendants les uns des autres.
En mécanique classique, on illustre souvent cet état de fait en prenant l'exemple d'un skieur acrobatique qui fait des pirouettes. Malgré toutes ses pirouettes, le centre de masse du skieur suit une parabole (c'est la trajectoire de chute libre, le mouvement du degré de liberté externe). La cinématique des degrés de liberté internes du skieur est très compliqué ! Il y a des pirouettes (rotations), il peut écarter ses bras, ses jambes (vibrations).
Les deux ne s'influencent pas. Le skieur a beau gigoter dans tous les sens, il ne pourra pas changer la trajectoire de son centre de masse. Même principe pour les molécules
Bonjour,
Je me pose la question suivante, la pression d'un gaz est liée à l'énergie cinétique des molécules qui s’entrechoquent dans le réservoir considéré et qui percutent la surface de la parois.
Ces molécules ont une vitesse importante et les collisions sont très nombreuses ce qui explique la notion de pression.
Mais d'où vient l'énergie qui propulse ces molécules ? Est-ce qu'elle est initiée par les échanges de photons qui sont émis sur les couches d'électrons périphériques excitées/désexcités, ou bien cela vient il
des autres degrés de liberté des molécules ?
En fait ma question est : Comment l'énergie cinétique est-elle stockée dans les molécules ?
Merci pour vos éclaircissements,
Cordialement,
Aux échelles en cause, l'énergie se conserve. Quand l'énergie cinétique ne peut pas sortir d'un système ou se transformer en une autre forme, elle reste.
C'est valable pour les molécules d'un gaz à l'équilibre thermique comme c'est valable pour la rotation et la révolution de la Terre. Un aspect de l'inertie.
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Ensuite, l'énergie des molécules peut se mettre en quatre catégories, partiellement abordées, aux bases températures (pas d'excitation significative des électrons). L'énergie cinétique en translation ; l'énergie cinétique en rotation ; et le couple énergie cinétique/énergie potentielle dans le cas d'une vibration (comparable a un système masse/ressort).
L'énergie totale est «stockée» dans ces quatre réservoirs. Il y a échange entre les réservoirs lors des collisions.
Un théorème essentiel de la physique statistiques est qu'à l'équilibre thermique l'énergie est statistiquement équidistribuée entre les degrés de liberté actifs, avec 1/2 kT par degré actif.
Reste à les compter.
L'énergie de déplacement en 3D porte sur trois degrés. Ils sont toujours actifs.
La rotation d'ensemble compte pour 0 à trois selon la géométrie (un degré est actif si 1/2 kT >> quantum). Une vibration compte pour deux si elle est active.
Exemple: pour l'hélium à température usuelle, pas de vibration, la symétrie sphérique implique soit 0 soit trois degrés actifs, et c'est 0 (très faible moment d'inertie). Total, trois degrés actifs, l'énergie thermique est entièrement dans les déplacements.
Exemple: une molécule diatomiques, deux atomes identiques (H2, N2, etc...). Trois degrés certains, et cinq potentiels: trois en rotation, un groupe de deux identique et un différent (celui autour de l'axe), et deux en vibration (variation de la distance entre atomes). À basse température seulement trois, puis avec l'augmentation de température deux de plus (me rappelle plus lesquels), puis encore deux et enfin potentiellement le neuvième (rotation autour de l'axe), mais on a peut-être déjà dépassé la température d'activation des degrés de liberté dans le nuage électronique.
Pour les molécules plus complexes, on se retrouve avec tout un tas de degrés de libertés en vibration, exemple trois fois 2 pour H2O: deux distances O-H et un angle H-O-H. Et en rotation, exemple CH3-CH3 a un degré de rotation interne, un groupe CH3 tournant par rapport à l'autre.
La physique quantique permet de déterminer les niveaux d'énergie quantifiés par degré de liberté, et donc de prédire les degrés actifs ou non en fonction de la température.
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Bref, pour une molécule complexe, l'énergie est «stockée» dans plein de mouvements différents, la translation d'ensemble, la rotation d'ensemble et des tas de mouvements internes, selon la composition des molécules.
Dernière modification par Amanuensis ; 25/06/2018 à 20h24.
Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.
Bonsoir
Trés interressant !
Si je comprends bien le désordre moleculaires qui s'exprime dans les differents degrés de liberté est de nature quantique .
N'a t on pas ici un preuve de l'irreversibilité des trajectoires moléculaires ?
Mouais... Si on veut. Tous les mouvements en question sont classiques, et le «désordre» qui en résulte tout aussi classique. Les niveaux d'énergie sont quantifiés, ce qui a un effet quand 1/2 kT est commensurable à la différence entre niveaux. Cela affecte ce qui se passe, ce n'est pas l'aspect premier.
Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.
Bonjour,
Si Boltzmann avait eu connaissance de la physique quantique il n'aurait pas soutenu ce point de vue, ne serait-ce qu'en raison de la radioactivité.Mouais... Si on veut. Tous les mouvements en question sont classiques, et le «désordre» qui en résulte tout aussi classique.
De plus l'instant de désintégration est intrinsèquement aléatoire :La radioactivité est le phénomène physique par lequel des noyaux atomiques instables (dits radionucléides ou radioisotopes), se transforment spontanément en d'autres atomes (désintégration) en émettant simultanément des particules de matière (électrons, noyaux d'hélium, neutrons, etc.) et de l'énergie (photons et énergie cinétique). La radioactivité a été découverte en 1896 par Henri Becquerel dans le cas de l'uranium, et très vite confirmée par Marie Curie pour le radium.
La probabilité de désintégration d'un quelconque de ces radionucléides ne dépend pas de la présence des autres espèces de radionucléides ni du milieu environnant.
Cordialement
Dernière modification par sunyata ; 26/06/2018 à 09h32.
Et bla et bla et bla...
Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.
Le bla bla réversible est obligé de s’accommoder d'une réalité qui ne l'est pas...
