Interaction de molécules

[tonius]

Bonjour,


J'aime bien m'imaginer dans des référentiels différents:

Par temps de canicule je regarde un ventilateur qui brasse l'air par exemple. On sent l'air arriver sur nous dans notre référentiel terrestre.

Mais dans le référentiel des molécules, atomes. Les molécules de l'air sont agitées car il fait chaud. Ce ventilateur réchauffe l'air très très faiblement en créant des frottements et en augmentant l'agitement des molécules, j’espère que je ne dis pas de bêtises.

Maintenant je me demande lorsque l'air arrive sur nous, ça veut dire que les molécules sont poussées dans l'espace 3d qui nous entoure ?

Et la tout deviens flou car le ventilateur lui aussi est constitué de molécules mais ça se passe comment tout est chimique ? Il n'y a pas d'autres options, comment de simple molécules peuvent mettre en mouvement d'autres molécules. Et les molécules qui forment les pales de ce ventilateur tournent elles ?

Je suppose que tout cela est très complexe et qu'il ne s'agit que de liaisons chimiques entre molécules.



PS: Il devrait y exister une simulateur dans un référentiel d'atomes, histoire de voir le monde d'un autre point de vue.
-----

[Resartus]

Bonjour,
Les interactions entre atomes sont essentiellement électrostatiques (même si la nature quantique des électrons en complique un peu l'étude). En raison de la structure des atomes (noyau central positif entouré d'un nuage négatif d'électrons), on se rend compte que les forces entre atomes sont d'abord légèrement attractives, puis très fortement répulsives à courte distance (quand on est assez près que le nuage d'électrons ne masque plus la répulsion entre les charges positives des noyaux).
Il y a une distance où la force est nulle. Dans un solide (ou un liquide), les atomes sont juste à cette distance. Si on essaye de les rapprocher ils s'y opposent. Et réciproquement, quand ils s'éloignent un peu, la force attractive est suffisante pour les ramener. Ils réagissent donc comme un ressort

Si maintenant, une molécule d'air animée d'une certaine vitesse (agitation thermique) heurte un atome de cette paroi, elle va être repoussée par ce ressort.
Et s'il y a beaucoup de ces chocs, la paroi va être un peu comprimée, jusqu'à ce que les ressorts atteignent un nouveau point d'équilibre. On peut mesurer cette diminution de l'intervalle entre atomes du solide : c'est sa compressibilité (variation du volume en fonction de la pression)

Contre une paroi fixe, les vitesses des molécules d'air dues à l'agitation thermique vont avoir une moyenne nulle (les molécules repartent avec une vitesse égale à celle d'arrivée)

Mais si la paroi bouge vers l'avant, la vitesse des molécules qui rebondissent sera supérieure à la vitesse d'arrivée. La vitesse moyenne n'est plus nulle. Cet excédent de vitesse est le vent.

Dans un ventilateur, les pales ne bougent pas vers l'avant mais latéralement, mais en étudiant les rebonds selon l'angle d'arrivée, on peut vérifier que le résultat d'ensemble est quand même une vitesse moyenne vers l'avant

La peau soumise à ce vent va ressentir un excédent de pression, mais il y a aussi un autre effet plus subtil : la vapeur d'eau au voisinage de notre corps est entraînée, ce qui déclenche une évaporation plus forte de notre sueur, et va contribuer à nous refroidir...

[tonius]

Bonjour,

Merci ta réponse est très claire et précise mais elle soulève encore plus de questionnements.

En gros solide ou liquide ont des atomes ordonnées si j'ai bien compris (comment un quadrillage de feuille A4 pour l'analogie). Mais l'air aurait des atomes désordonnés, libres ? Y a t'il un autre milieu que l'air qui soit désordonné ?

Ce que je comprends est que si on imagine du vent frapper un solide (un vase par exemple) et le faire tomber "la paroi va être un peu comprimée, jusqu'à ce que les ressorts atteignent un nouveau point d'équilibre" donc tout le solide va tomber car ces atomes intérieurs du vase sont soudés avec ceux extérieurs du vase. Si on prend une feuille de papier celle-ci se plie mais étant donné que c'est un solide les atomes restent soudés.

Mais alors si les atomes sont si bien ordonnés et solidement attachés dans les solides, pourquoi peut on déchirer une feuille de papier ou encore casser un vase en le jetant au sol ?

Dernière question : Chaque chose a une température. Donc si on reprend notre vase. Bien que ce soit un solide il a une température et donc une "agitation thermique" (Ça me parait surprenant d'imaginer les atomes puissamment soudés en train de s'agiter). Seul à partir du zéro absolu (0 Kelvin) les atomes n'ont plus d'agitation. Donc toutes les choses que l'on voit s'agitent du point de vue atomique ? Ça parait fou mais tellement beau.

[Amanuensis]

En gros solide ou liquide ont des atomes ordonnées si j'ai bien compris (comment un quadrillage de feuille A4 pour l'analogie). Mais l'air aurait des atomes désordonnés, libres ? Y a t'il un autre milieu que l'air qui soit désordonné ?

Dans un solide les atomes restent en gros à la même place, leurs mouvements sont limités à des oscillations locales (ce sont des mouvements d'agitation thermique). (Cela s'applique aussi bien si c'est ordonné (cristal) que désordonné (verre)).)

Dans un liquide les atomes (ou molécules, selon) ne restent pas place, ils se déplacent, mais en restant «collés» les uns aux autres, ils «roulent» les uns sur les autres.

Dans un gaz (l'air mais tout autre gaz) les atomes ou molécules se déplacent librement, sauf chocs les uns sur les autres (ou sur les parois).

--

Et oui, tout s'agite en permanence à l'échelle moléculaire (c'est d'ailleurs essentiel à la vie, la nôtre en particulier!).

La température de 0 K n'est pas (en première définition du concept de température) accessible, c'est une limite innatteignable.

[A voir en vidéo sur Futura]

[pm42]

Mais l'air aurait des atomes désordonnés, libres ? Y a t'il un autre milieu que l'air qui soit désordonné ?

Voir la réponse d'Amanuensis : tous les gaz typiquement.

Mais alors si les atomes sont si bien ordonnés et solidement attachés dans les solides, pourquoi peut on déchirer une feuille de papier ou encore casser un vase en le jetant au sol ?

Parce que le choc ou la force de la déchirure est supérieure à l'énergie de liaison des atomes. C'est comme quand tu as 2 aimants collés : ils restent comme ça, tu peux les déplacer ensemble...
Mais si tu tires dessus avec assez de force, tu les sépares.

[tonius]

Merci beaucoup c'est très clair dans ma tête maintenant, ne me reste plus qu'à m'imaginer la beauté de cet univers d'atomes.