Violation de la conservation de l'énergie

[invitef055022e]

Bonjour,

soit un morceau de matière (par exemple un cube de cuivre de 1 m de côté) qui est à une température de 20°C.

Supposons que nous puissions mettre ce cube dans le vide sidéral (où il n'y a aucun apport d'énergie venant d'une étoile ou autre), alors ce cube atteindra, au bout d'un certain temps, une température de -273°C (zéro absolu).

L'énergie qui a permis à ce cube d'atteindre les 20°C est bien perdue ???

Question subsidiaire : peut-on calculer le temps que mettra ce cube à 20°C pour atteindre la température de -273°C ?
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[Amanuensis]

L'énergie qui a permis à ce cube d'atteindre les 20°C est bien perdue ???

Oui, sous forme de radiation électro-magnétique.

Question subsidiaire : peut-on calculer le temps que mettra ce cube à 20°C pour atteindre la température de -273°C ?

S'il s'agit du 0 absolu, la durée est infinie, si tant est qu'il l'atteint...

[Deedee81]

Salut,

Deux détails.

La question de la conservation de l'énergie a déjà été répondu.

alors ce cube atteindra, au bout d'un certain temps, une température de -273°C (zéro absolu).

Plutôt -269 degrés Celsius car l'univers est baigné par le rayonnement fossile à 4K et donc, spontanément, les corps ne descendent jamais en-dessous.
Mais bon, ça ne change rien à ta problématique.

L'énergie qui a permis à ce cube d'atteindre les 20°C est bien perdue ???

Question subsidiaire : peut-on calculer le temps que mettra ce cube à 20°C pour atteindre la température de -273°C ?

La décroissance va être asymptotique, mais tu peux calculer le temps que va mettre le cube pour se refroidir disons de un degré.
Pour ça il faut utiliser : https://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_de_Stefan-Boltzmann
qui permet de calculer l'énergie rayonnée par l'objet (à supposer qu'il soit un corps noir, ce qui n'est pas garantit, un thermo par exemple garderait plus longtemps sa chaleur. Mais c'est souvent une bonne approximation.
Puis utiliser la chaleur spécifique, qui dépend de la nature de l'objet et de sa température, c'est extrêmement variable : https://fr.wikipedia.org/wiki/Capaci...tes_substances

[Amanuensis]

Plutôt -269 degrés Celsius car l'univers est baigné par le rayonnement fossile à 4K

Message #1: «(où il n'y a aucun apport d'énergie venant d'une étoile ou autre»

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Message #1: «(où il n'y a aucun apport d'énergie venant d'une étoile ou autre»

Ah oui, zut, ça m'avait échappé.

Melpi55, ma remarque sur les 4K est à ignorer.

[Sethy]

De toute manière, la conservation est bien respectée.

La somme entre l'énergie thermique de l'objet plus l'ensemble de l'énergie émise sous forme de rayonnements est constante.

[invitef055022e]

Bonjour et merci à tous pour vos réponses claires.

En fait je ne savais pas que quand la température de la matière diminue, donc quand l'énergie cinétique des atomes diminue, ceux-ci émettent des ondes électro-magnétique (donc de l'énergie !).

Est-ce que l'un d'entre-vous pourrait m'indiquer de quelle loi physique il s'agit précisément ?

[Deedee81]

En fait je ne savais pas que quand la température de la matière diminue, donc quand l'énergie cinétique des atomes diminue, ceux-ci émettent des ondes électro-magnétique (donc de l'énergie !).
Est-ce que l'un d'entre-vous pourrait m'indiquer de quelle loi physique il s'agit précisément ?

Ca dépend un peu à quel niveau tu te situes.

1) Pour des objets "macroscopiques" comme ça, c'est la thermodynamique (pour les échanges thermiques et mécaniques, les bilans,...) et la loi du corps noir.
2) Cette loi du corps noir dérive en elle-même de :
- la mécanique quantique (comportement statistique des photons)
- la physique statistique (qui fait le lien entre microscopique et macroscopique)
3) A un niveau encore plus élémentaire, microscopique, l'émission/absorption de rayonnement électromagnétique par les atomes et molécules fait appel à la mécanique quantique et l'électromagnétisme. Ces émissions se font lors de changement de mouvement (translation), vibration, rotation, changement de niveau électronique.... voire nucléaire (mais là on atteint les millions de degrés Celsius ). A température ambiante, les gaz c'est essentiellement translation et rotation (plus rarement vibration), et les solides c'est les vibrations (qui quantifiés donnent les phonons, avec un "n").

Chacun de ces niveaux 1, 2 ou 3 est lui-même fort complexe (exemples : mon livre de Physique Statistique de Couture est une grosse brique, idem en mécanique quantique Feynman, Schiff, l'électrodynamique classique de Jackson est une méga brique). Heureusement qu'on peut se passer ici de l'électrodynamique quantique

Je ne donnerai des liens que pour le 1 et la physique statistique, ça suffit :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Corps_noir
https://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_de_Planck
https://fr.wikipedia.org/wiki/Thermodynamique
https://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_statistique

Pour ton problème en particulier, j'avais donné plus haut les liens/lois permettant de l'aborder : loi de Stefan-Boltzmann et chaleur spécifique.

[invitef055022e]

Merci infiniment, pour moi la discussion est close

[ThM55]

OK. Mais Deedee81 mentionnait une température 4K pour le rayonnement fossile cosmologique. Dans mon souvenir, on parlait plutôt de 3K. Je crois même avoir lu 2,7 K quelque part. Il y a eu une augmentation?

[Deedee81]

Salut,

OK. Mais Deedee81 mentionnait une température 4K pour le rayonnement fossile cosmologique. Dans mon souvenir, on parlait plutôt de 3K. Je crois même avoir lu 2,7 K quelque part. Il y a eu une augmentation?

Non, j'ai fait +1 par erreur en arrondissant mentalement, sorry.