[Question] Entropie

[Seiter2468]

Bonjour à tous et d’abord merci de me lire. J’aurais une question et je me tourne donc vers vous.

Bon je pense que tous le monde ici connais le concept d’entropie
Les formes de matières ordonnés ont tendance à tendre vers des formes plus désordonnés.

Et cela est dû au fait que les formes d’énergie « ordonné » (mouvement mécaniques, mouvement électrique) ont tendance à se transformer en mouvement browniens désordonnés à cause des frottements (un mouvement mécanique où tous les atomes ont un mouvement dans le même sens va s’échauffer et ralentir pour que au final se soit tous les atomes qui soit individuellement animé d’un mouvement thermique désordonné).

Mais j’ai remarqué un processus qui tend à provoquer l’inverse et j’aimerais savoir où est le problème.

C’est le phénomène « de rayonnement du corps noir ». Chaque objet qui possède une énergie thermique (donc un mouvement browniens désordonné) va perdre de la chaleur sous forme de rayonnement électromagnétique (c’est pour ça que le corps des mammifères à 37° dégage des infrarouges ou que du fer ou une étoile à des milliers de degrés des ondes visibles).

Mais cela me pose problèmes vu qu’on dit que l’univers ne pouvais que tendre vers le désordre.

En clair un système par exemple liquide (donc chaud et désordonné) perdra continuellement du mouvement browniens sous formes d’ondes (qui se perdront dans le vide spatial) et « s’ordonnera » en devenant solide à un moment donné. Où est donc l’erreur ?
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[Deedee81]

Salut,

Les formes de matières ordonnés ont tendance à tendre vers des formes plus désordonnés.

C'est une manière assez grossière et parfois fausse de dire ça. Mais il y a de ça. (*)

Et cela est dû au fait que les formes d’énergie « ordonné » (mouvement mécaniques, mouvement électrique) ont tendance à se transformer en mouvement browniens désordonnés à cause des frottements (un mouvement mécanique où tous les atomes ont un mouvement dans le même sens va s’échauffer et ralentir pour que au final se soit tous les atomes qui soit individuellement animé d’un mouvement thermique désordonné).

Idem, ce n'est pas que ça.

Mais j’ai remarqué un processus qui tend à provoquer l’inverse et j’aimerais savoir où est le problème.
C’est le phénomène « de rayonnement du corps noir ». Chaque objet qui possède une énergie thermique (donc un mouvement browniens désordonné) va perdre de la chaleur sous forme de rayonnement électromagnétique (c’est pour ça que le corps des mammifères à 37° dégage des infrarouges ou que du fer ou une étoile à des milliers de degrés des ondes visibles).

Mais cela me pose problèmes vu qu’on dit que l’univers ne pouvais que tendre vers le désordre.

En clair un système par exemple liquide (donc chaud et désordonné) perdra continuellement du mouvement browniens sous formes d’ondes (qui se perdront dans le vide spatial) et « s’ordonnera » en devenant solide à un moment donné. Où est donc l’erreur ?

Oulà évitons l'univers, ça peut vite devenir compliqué.

Sinon il ne faut pas oublier l'entropie du rayonnement lui-même !!!!! C'est l'entropie totale qui ne diminue jamais.
Et s'il échange ce rayonnement avec un autre corps (faut pas oublier qu'un corps noir, idéalisé, absorbe tout rayonnement) alors l'autre corps va se réchauffer (s'il était plus froids), jusqu'à l'équilibre des T, avec une augmentation globale de l'entropie (la variation d'entropie c'est dQ = T dS, s'il n'y a que la chaleur qui intervient. Et donc pour dQ donné la variation d'entropie est d'autant plus grande que T est bas. Cela a pour conséquence que l'égalisation des températures augmente l'entropie).

(*) Je préfère de loin la définition statistique (même si le lien avec la thermodynamique nécessite "un peu" de travail !!!!!)
Soit un système donné (ou un sous-système, avec des valeurs biens définies de la pression, température, etc....) Il peut avoir un état macroscopique donné définit par sa température, son volume, sa pression, son moment magnétique, etc. etc.. etc....
Mais il peut aussi avoir des états microscopiques donnés (la position de chacun de ses corpuscules, leurs vitesses, etc....)
En dehors de petites complications techniques (définition précise des états, prise en compte de la mécanique quantique....) l'idée est simple.
Si pour un état macroscopique donné il existe W états microscopiques possibles (W est généralement gigantesque) alors l'entropie est S = k ln W
(ln : logarithme, ce qui rend la grandeur additive puisque pour deux systèmes avec W1 et W2, le nombre total d'états possibles est W1*W2) et k la constante de Boltzmann.

Et un système isolé évolue vers l'entropie la plus grande simplement pour raison statistique (W plus grand, et les différences sont énormes donc l'aspect statistique très puissant). A condition d'accepter le principe fondamental de la physique statistique (tous ces états microscopiques sont équiprobables, c'est basé sur le principe ergodique qui est en grande partie démontré.... mais pas tout à fait.... mais il l'est dans tous les cas physiquement intéressants)

[yvon l]

(..)
C’est le phénomène « de rayonnement du corps noir ». Chaque objet qui possède une énergie thermique (donc un mouvement browniens désordonné) va perdre de la chaleur sous forme de rayonnement électromagnétique (c’est pour ça que le corps des mammifères à 37° dégage des infrarouges ou que du fer ou une étoile à des milliers de degrés des ondes visibles).

Mais cela me pose problèmes vu qu’on dit que l’univers ne pouvais que tendre vers le désordre.

Bonjour,
Pour ma part j’évite de parler d’entropie pour un transfert d’énergie.
Hors un rayonnement est avant tout un transfert d’énergie (on peut définir sa puissance).
Par contre un rayonnement est un phénomène qui se produit entre un corps chaud vers un corps froid. Donc l’énergie qui est transférée par rayonnement voit donc son entropie augmenter

[ThM55]

Bonjour. Attention toutefois aux définitions et à l'emploi des termes. Le rayonnement du corps noir est par définition un rayonnement en équilibre thermodynamique avec une cavité. Expérimentalement c'est très important, c'est de cette façon dans une cavité soigneusement maintenue à l'équilibre que Heinrich Rubens avait effectué ses mesures du spectre de ce rayonnement. Cela signifie que la même puissance est absorbée et rayonnée par la matière formant la cavité, le tout à la même température et l'entropie est constante.

Le mouvement brownien est quelque chose de particulier: c'est l'effet sur des particules macroscopiques en suspension, par exemple dans un liquide, de milliards de petites collisions à sa surface par les molécules du milieu. C'est visible au microscope (par exemple sur des grains de pollen) comme un mouvement aléatoire, les molécules ne sont pas visibles de la même manière. Il n'est pas correct de parler de mouvement brownien pour l'agitation moléculaire désordonnée qu'on appelle la chaleur. Respectons tout de même les définitions et aussi l'histoire des sciences.

A part cela, d'accord avec Deedee81: un corps chaud qui rayonne de l'infrarouge dans le vide ou l'air, c'est un transfert de chaleur d'un corps chaud vers un corp froid, c'est irréversible et l'entropie totale augmente.

[A voir en vidéo sur Futura]

[yvon l]

(..) Il n'est pas correct de parler de mouvement brownien pour l'agitation moléculaire désordonnée qu'on appelle la chaleur. Respectons tout de même les définitions et aussi l'histoire des sciences.

A part cela, d'accord avec Deedee81: un corps chaud qui rayonne de l'infrarouge dans le vide ou l'air, c'est un transfert de chaleur d'un corps chaud vers un corp froid, c'est irréversible et l'entropie totale augmente.

En thermodynamique, la chaleur est en elle-même un transfert d’énergie, comme un travail ou un rayonnement.
L’agitation moléculaire désordonnée correspond à l’énergie thermique, pas à la chaleur.
La chaleur est un flux d’énergie thermique. A l’équilibre il n’y a pas de chaleur Q ni de travail W.
Pour moi encore on ne peut pas définir l’entropie d’un transfert. Par contre la conséquence du transfert thermique (la chaleur) est bien une augmentation d'entropie du milieu qui a subit ce transfert.

Voir:
delta U = Q+W
définition wiki de la chaleur: https://en.wikipedia.org/wiki/Heat
traduction :

En thermodynamique, la chaleur est de l'énergie transférée vers ou depuis un système thermodynamique,(..)

[soliris]

Et un système isolé évolue vers l'entropie la plus grande simplement pour raison statistique (W plus grand, et les différences sont énormes donc l'aspect statistique très puissant). A condition d'accepter le principe fondamental de la physique statistique (tous ces états microscopiques sont équiprobables, c'est basé sur le principe ergodique qui est en grande partie démontré.... mais pas tout à fait.... mais il l'est dans tous les cas physiquement intéressants)

Je ne connaissais pas l'hypothèse ergodique; très intéressante distribution entre l'espace et le temps, quand on étudie.. l'espace/temps; comme dans l'exemple Wiki suivant: "On peut également penser à une forêt d'une seule espèce et s'intéresser à la croissance d'un arbre en fonction du temps : l'hypothèse ergodique revient à considérer qu'il est similaire d'observer la forêt à un instant donné, ou un arbre tout au long de sa vie pour en connaître l'évolution (par exemple relever le diamètre du tronc en fonction du temps ou mesurer tous les diamètres de la forêt et le reporter en fonction de l'âge de l'arbre).".

[Deedee81]

Note qu'il existe bel et bien des cas ou l'hypothèse ergodique est fausse. J'avais vu ça en cours d'automatique numérique sur les échantillonnages. Et là aussi on faisait une hypothèse ergodique à savoir que la moyenne de l'échantillonnage (qui est temporel) est la même qu'à un instant donné sur un nombre quelconque de systèmes. Or il y a des cas où c'est faux, par exemple un échantillonnage en t² (on fait un échantillonnage aux temps 1, 4, 9, 16, etc...). Me souviens plus comment on le démontre.

Et je ne suis pas assez calé sur l'hypothèse ergodique générale pour savoir ce qu'implique cette remarque.
(il y a des trucs hyper pointus là-dedans comme des avancées récentes en mathématiques généralisant très largement la validité de l'hypothèse et qui ont été récompensé par une médaille Fields, c'est pas rien. Et en général quand il y a du Fields c'est beaucoup trop compliqué pour moi )