Bonjour,
il y a toujours une question qui m'intrigue. Quel phénomène physique est à l'origine de l'homogénéisation de l'air dans un endroit hermétique? Car si on respire on dégage du CO2 or il ne reste pas au même endroit il circule. Par quel phénomène? a quelle vitesse? quelles sont les lois qui régissent ce phénomène?
merci,
bonne journée,
Salut,
C'est juste dû à l'agitation moléculaire. Même dans de l'air parfaitement calme, les molécules sont agitées de mouvements désordonnés. L'énergie typique d'une molécule étant nkT (n = nombre de degrés de liberté, typiquement 3 pour l'oxygène ou l'azote, k = constante de Boltzmann, T = température absolue en Kelvin).
A température ambiante, ça donne une vitesse moléculaire typique de l'ordre de 1800 km/h !!!! C'est beaucoup, même si suite aux collisions moléculaires le mouvement est très désordonné.
Ainsi a pression ambiante, le libre parcours moyen (parcours sans collision) n'est que de 68 milliardième de mètre.
Ce phénomène explique que dans une pièce à l'air calme, si une femme parfumée rentre à l'autre bout, il ne faut que quelques secondes pour que l'on sente l'odeur.
On peut observer aisément ce phénomène de diffusion en laissant tomber des goutes d'encre dans de l'eau.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Si les coefficients de diffusion caractérisent la diffusion de la matière, il est nécessaire de les associer aux lois de diffusion décrivant leur comportement dynamique. Par exemple, applicable pour les milieux fluides, la loi de Fick exprime une relation linéaire entre le flux de matière et le gradient de concentration de celle-ci :
J j = − ρ D i j ∇ c j
https://fr.wikipedia.org/wiki/Coeffi...Hirschfelder-3
coefficient de diffusion de l'oxygène dans l'air=0.176 cm2/s
c'est pas beaucoup
ca fait 2g /m2 h
cela fait 0.002 m/h .c'est beaucoup trop lent
Cela donne un temps caractéristique pour une pièce de 3m de 6 jours.
Dans les fluides, la diffusion est quasi tout le temps masquée par la convection.
Le coefficient de diffusion étant en L^2/T, on ne peut définir de vitesse de diffusion.
Remarque : le système CGS sévit toujours.
Oui, en effet.Envoyé par STEPH33A
Du fait du mouvement chaotique (grande vitesse mais libre parcourt moyen très faible) il faut distinguer :
1) Le mouvement des molécules individuelles, qui peuvent parfois progresser lentement, parfois très vite
2) la vitesse de progression maximale (le fait que l'odeur du parfum atteigne très vite l'extrémité de la pièce)
3) le coefficient de diffusion
Ce dernier est modéré du fait de (1)
Le (3) est un bilan.
Mais (2) peut être très élevé car sur les milliards de molécules il y en a toujours bien quelques unes qui vont se déplacer très très vite.
Rappelons que 28 grammes d'air ça représente six cent mille milliards de milliards de molécules.
Une homogénéisation totale peut prendre quelques minutes (encore l'exemple avec l'encre : les volutes progressent très vite dans le liquide en quelques secondes, mais l'homogénéisation du liquide qui prend une teinte uniforme, ça prend quelques minutes).
Le calcul des coefficients de diffusion en physique statistique étant loin d'être triviaux. Suffit de voir la formule : https://fr.wikipedia.org/wiki/Coeffi...Milieux_gazeux
Elle est loin d'être simple.
(en exemple : https://femto-physique.fr/physique_s...oleculaire.php )
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Croisement avec gts qui a raison.
(que je remercie, j'oubliais la convection et c'est vrai qu'il y avait une bizarrerie d'ordre de grandeurs dans ma remarque ci-dessus)
Il est plutôt rare de pouvoir négliger la convection (dans un petit volume oui, dans une pièce non).
La convection est infiniment plus efficace que la diffusion (ou la conduction pour la chaleur, c'est idem).
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Et si on cherchait à savoir à quoi est due l'agitation moléculaire ? A la chaleur ? Et cette chaleur est due à quoi .. à l'agitation moléculaire ?
Et certains disent que les parfums (les odeurs) sont des événements sonores.. ceux-ci ne sont-ils pas aussi de "l'agitation moléculaire" ?
Salut,
L'agitation moléculaire est liée à la chaleur (pour avoir un lien causal, "c'est dû à", faut un changement). Les molécules ont une certaine énergie cinétique et cette énergie dite "désordonnée" n'est autre que la chaleur. La température, elle, caractérise l'état d'agitation (la chaleur est une grandeur extensive et la température est une grandeur intensive).
Non, ça c'est faux. Le son est un déplacement ordonné des molécules d'air, associé à une variation locale de pression qui se propage comme une onde scalaire.
La chaleur est un mouvement désordonné des molécules d'air avec, en cas d'équilibre thermique, un déplacement moyen nul.
Le parfum est plus concentré en un endroit et se propage mais ça reste une diffusion désordonnée.
Ce n'est que si tu injecte brutalement une grande quantité de parfum que tu vas avoir une variation locale notable de la pression (faut déjà beaucoup d'eau de Cologne) et que tu vas avoir une propagation sonore (en plus de la diffusion). Ca ferait "wouuuf" comme pour le vent
Il y a bien entendu tout un spectre de possibilités entre ordonné et désordonné. Mais il faut distinguer les deux sinon les calculs seraient impossibles à mener. Les techniques de calcul sont très différentes entre la physique statistique et la mécanique des fluides (et les deux sont déjà compliqués tout seul.... alors !!!!). Si on devait faire de la mécanique des fluides au niveau moléculaire pour calculer le profil d'un avion, il faudrait disposer d'un million de Cray Y-MP en réseau.... et encore.
Dernière modification par Deedee81 ; 27/08/2019 à 07h51.
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A ce stade il faut distinguer 3 échelles.
- l'échelle macroscopique (en gros, ce que l'on peut voir à l'oeil nu, pour avoir un ordre de grandeur)
- l'échelle microscopique (donc de l'ordre de grandeur des particules)
Il y a une troisième échelle en mécanique des fluides, qui est intermédiaire et que l'on appelle l'échelle mésoscopique (de l'ordre de quelques µm). La définition que j'en donne est : l'échelle à partir de laquelle on a suffisamment de particules pour en tirer des propriétés statistiques "convenables" (en gros : on a assez de particules dedans pour que l'on puisse en tirer des statistiques à peu près correctes).
La méca flu en découle.
Dernière modification par obi76 ; 27/08/2019 à 09h20.
\o\ \o\ Dunning-Kruger encore vainqueur ! /o/ /o/
Bonjour,
donc c'est bien la convection qui homogénéise l'air? Mais si il n'y a pas de source de chaleur autre que notre propre corps est-ce suffisant pour faire une convection? l'air expiré n'échangerait pas la chaleur avec l'air environnant empêchant ainsi la convection? et qu'elle serait la vitesse de convection de cet air riche en CO2 et pauvre en oxygène???? comment s'homogénéise alors l'air?
Salut,
Souvent oui (mais la diffusion joue aussi, c'est juste moins rapide).
L'équilibre thermique n'est jamais parfait, ne fut-ce qu'avec les variations de température quotidiennes et qui se propagent en partie par conduction (à travers les murs, etc...) donc assez lentement pour que les effets se fassent sentir dans un lieu même fermé, d'autant que la convection se produit très facilement.
Je ne connais pas les ordres de grandeurs. D'autres ici auront sûrement des chiffres.
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Mais il n'y a pas que la convection thermique : la convection c'est le déplacement macroscopique de l'air, le simple fait de bouger la main crée donc de la convection, on a alors de la convection forcée.
La diffusion termine le travail à plus courte échelle.
Oui, et d'ailleurs, mine de rien elle aussi est fort efficace.
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A l'échelle macroscopique, on appelle ça la turbulence. La turbulence a lieu dans notre atmosphère jusqu'à 100km d'altitude. Au-delà de 100km, les constituants de notre atmosphère ne deviennent plus homogènes et se séparent en strate en fonction de la composition de leur éléments et ne sont soumis plus qu'à la seule diffusion moléculaire que vous parliez : https://fr.wikipedia.org/wiki/Turbopause
Enfin il n'y a pas que la convection qui contribue à la turbulence, les forces de pression également, les ondes de gravités, les différences de densités d'air créées aussi du cisaillement et la rotation de la terre (coriolis) etc...
D'ailleurs pour l'anecdote, même dans une pièce totalement fermé, les forces de pressions s'exercent, rien qu'avec votre VMC (et si vous ouvrez une fenêtre, la pression devient différente d'un point à un autre de votre maison, créant une circulation d'air)
Pour Coriolis, faut déjà une grande pièce
Question sûrement idiote : c'est quoi VMC ????
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La VMC c'est le dispositif de ventilation mécanique contrôlée que tu as obligatoirement chez toi ^^ Si tu ne l'as pas, attends-toi à voir des moisissures d'ici peu. A moins que tu disposes d'un système de tirage naturel.
Oui si tu veux mesurer Coriolis proprement dit, faudra une grande pièce ^^ mais ce n 'est qu'une question de temps, car toute particule d'air se déplaçant dans l'air y est soumis, sachant qu'une particule d'air au sol se déplace depuis des milliards d'années à la vitesse du vent, elle a dû faire des centaines de milliards de fois le tour de celui-ci déjà.
Salut,
Je ne connaissais pas l'acronymeMerci Damien.
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Bonjour,
Je me pose une question concernant le renouvellement de l'air
Le renouvellement de l'air est nécessaire pour apporter de l'oxygène aux personnes sinon le taux d'oxygène diminuerait dans l'air qu'on respire et on viendrait à en manquer.
Pourquoi le renouvellement d'air dans une pièce où dorment 2 personnes ( par exemple )est toujours suffisant (personne n'en ai mort) alors que celui ci dépend uniquement d'éléments extrêmement variable comme le vent, la différence de température et l'étanchéité du batiment.
Merci,
Salut,
Il faut aussi tenir compte de la simple diffusion. Souvent plus efficace qu'on imagine. Et l'étanchéité est toute relative (heureusement d'ailleurs, s'endormir dans un coffre-fort fermé peut être mortel !)
(attention, je parlais bien de ça : https://fr.wikipedia.org/wiki/Diffus...a_mati%C3%A8re , le mot "diffusion" a souvent un sens plus large en Français)
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Debout sans bouger dans une salle étanche (sans courant d'air), il se crée en quelques secondes au dessus de votre tête un courant vertical de convection thermique atteignant 0,5 m/s.
Merci pour vos réponses,
Je suis intriguée de la façon de l'origine de cette valeur de convection. La convection dépend de la différence de température ( peut être aussi du degré d'hygrométrie????). Que se passe - il si la température extérieure est supérieure et dépasse celle de notre corps ( 33°C à la surface de la peau)???ou est proche de celle de notre corps? diminution ou suppression de cette convection??
La convection est-elle ici plus liée à la respiration ( je veux dire: on émet dans l'air un gaz plus chaud dans la plupart des cas que la température extérieure donc création d'une convection) ou bien à la puissance thermique échangée avec le corps????
Aussi si tu as un texte de référence ca m 'intéresserait beaucoup.Ce phénomène m'intrigue fortement et je ne suis pas une bonne physicienne.
Merci,
Cette convection que j'ai pu observé est due au réchauffement de l'air ambiant au contact de notre corps plus chaud que lui. Il ne se déclenche qu'après un délai de réchauffement de plusieurs secondes.
Mon observation a été faite par hasard, un faisceau oblique de lumière solaire large et plat (5 cm) passant 30 cm au dessus de la tête de mon interlocuteur assis dans la pénombre. Les poussières en suspension, violemment éclairées, rendaient parfaitement visible le moindre mouvement de l'air dans cette tranche.
C'est l'effet thermosiphon :https://fr.wikipedia.org/wiki/Thermosiphon
c'est comme l'air près d'une radiateur, sa densité diminue (dilatation), la poussée d'Archimède monte...., ce qui crée la circulation d'air du bas en haut (ou l'eau dans une casserol ).
Peut-il arriver qu’il n’y ait pas de vent et qu’il y ait inversion thermique simultanément au niveau du sol. Pourquoi ? Comment alors, dans ces circonstances l’air circulerait-il ?
