Bonjour,
Expérimentalement, les électrons en rotation, par exemple dans un cyclotron, émettent un rayonnement elm.
C'est lié au fait établi qu'une charge accélérée émet un tel rayonnement.
Le paradoxe de la non émission d'un rayonnement pour les électrons gravitant autour d'un noyau a-t-elle été levée ?
Si oui, quelle est l'explication admise ?
S'est-on déjà posé la question pour les électrons dans un fil (interaction avec le réseau cristallin, loi d'Ohm) ?
Merci
Les électrons ne gravitent pas autour des noyaux atomiques, ils sont plutôt dans des ondes stationnaires. Il n'y a donc pas vraiment de mouvement...
On sait grâce a la mécanique quantique que les électrons ne gravitent pas autour du noyau, mais qu'ils ont une probabilité de présence dans chaque secteur de l'espace autour du noyau. C'est la théorie des orbitales atomiques.
Dernière modification par chris28000 ; 02/02/2023 à 22h26.
Bien sûr que si, les électrons autour du noyau émettent un rayonnement: c'est ce qui se passe quand ils passent d'un état de plus haute énergie vers un état de plus basse énergie. Cela se fait spontanément avec une certaine probabilité par unité de temps déterminée par les lois de la mécanique quantique. C'est seulement quand ils sont dans l'état stationnaire de plus basse énergie qu'ils ne peuvent plus émettre de rayonnement. Forcément, il n'y a pas d'état stationnaire d'énergie plus basse. Il n'y a donc strictement aucun paradoxe. Pour info, cela a été compris avec la mécanique quantique établie dans les années 1925-1926, avec comme prédécesseurs Bohr (1913) et de Broglie (1924). Donc, en gros il y a un siècle!
Dans le cas du rayonnement synchrotron, c'est très différent: l'électron est en mouvement quasi libre et est accéléré par des champs externes, il est dans un spectre d'énergie continu et peut donc rayonner. En émettant, il transforme l'énergie qu'on lui fournit pour accélérer.
Dans la modélisation acceptée, on a donc le réseau cristallin et les électrons des couches profondes qui ont un comportement quantique, avec Coulomb, mais sans rayonnement synchrotron et sans Ampère. Dans les solides conducteurs et semi-conducteurs, les couches de valences fusionnent pour former des bandes de conduction, où un courant peut apparaître, avec un comportement corpusculaire (densité de charge), un courant, Ampère, ... mais toujours pas de rayonnement synchrotron (qui devrait arriver selon le modèle d'Ohm). Ce dernier n'apparaît que pour les électrons "totalement" libres. C'est cela ?
Salut,
Oui mais pas au sens classique (la description ondulatoire reste appropriée). Mais ce petit pinaillageEnvoyé par ThM55
me permet d'introduire une petite explication peut-être utile.
Il y a une situation qui fait le lien entre ce comportement quantique (pas de rayonnement dans l'état de base) et le comportement classique (une charge en orbite émet un rayonnement, les électrons de cyclotrons en effet sont un bon exemple).
Ce sont les états de Rydberg ou atomes de Rydberg https://fr.wikipedia.org/wiki/Atome_de_Rydberg
Dans cet état un électron peut être particulièrement excité, avoir un état quantique principal n très grand, et être sur une orbitale très grande.
Description quantique : l'état étant fort instable l'électron n'a généralement pas le temps d'avoir un état totalement "dispersé" dans l'orbitale, il forme plutôt un paquet d'onde avec un moment angulaire (rotation) important. Ces états de n élevés sont aussi très proches, très serrés, leur orbitales aussi sont presque identiques. L'électron va donc chuter d'orbitale en orbitale en émettant un flot de photons de faible énergie (différences d'énergie faible entre états).
Description classique : on peut voir le paquet d'ondes comme un "corpuscule" chargé, en rotation. Il tombe alors en spirale en émettant un rayonnement continu (dit de freinage).
Le calcul montre que les deux rayonnements sont presque identiques et le mouvement du paquet très proche, du moins tant qu'on n'arrive pas trop près du noyau avec un n faible, auquel cas la mécanique quantique très "non classique" règne en maître.
J'aime bien cette petite explication "avec les mains" car elle montre bien que le classique n'est qu'une conséquence "approchée" du quantique et permet ainsi de mieux comprendre pourquoi il n'y a pas/plus de paradoxe.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Ah zut on s'est croisé.
Pas nécessairement totalement libre, voir mon explication ci-dessus, mais il faut en effet qu'on soit dans une situation ou l'électron n'est pas trop "confiné" (donc lié).
Attention, le lien quantique - classique est souvent assez difficile, rarement aussi simple que ma petite explication précédente.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Bonjour,
(je pense que vous parlez du modèle de Drude plutôt ?)
On peut le comprendre en relisant le message ci-dessus :
Ce que peuvent faire les électrons est contraint par les états qui leur sont accessibles et donc le spectre d'énergie du système dont ils font partie.
Not only is it not right, it's not even wrong!
Le modèle de Drude, effectivement, où les électrons accélèrent puis décélèrent.
Il reste quand même quelque chose qui n'est pas expliqué ; c'est pourquoi la liaison des électrons annule/empêche/prévient le rayonnement synchrotron.
Je ne sais plus comment il se démontre, mais cela signifie donc qu'au moins une des Lois qui est utilisée n'est plus d'application à cette échelle. Sait-on laquelle ?
Je me pose la question parce qu'en ELM, on modélise sans complexe les électrons dans un conducteur par des particules libres.
L'explication de Deedee illustre bien qu'il y a une transition subtile entre les 2 "états" (dans le sens libre et lié).
Dernière modification par Nekama ; 03/02/2023 à 08h34.
Je ne me prononcerai pas pour le modèle de Drude.
Mais quand on examine l'équation de Schrödinger on vérifie sans trop de difficulté qu'on a un spectre continu pour un état non lié et un spectre discret pour un état lié. Et dans ce dernier cas, sauf cas limite, on ne peut tout simplement plus appliquer les lois classiques qui sont approchées, il faut utiliser les lois quantiques. Et dans un état lié on n'est vraiment plus dans une situation de type rayonnement synchrotron.
En général il faut examiner les situations au cas par cas pour voir quelles sont les échelles, les comportements caractéristiques, les approximations appropriées et voir si on peut utiliser tel ou tel modèle voire simplement les équations de l'EM classique. En électricité, en théorie des lignes, etc... on utilise souvent les formulations classiques avec des "électrons libres" mais dès qu'on est confronté à des trucs comme la théorie des bandes pour les semi-conducteurs en particulier le quantique devient inévitable. De même avec le magnétisme : avec des (électro)aimants, moteurs électriques divers, le classique est utilisé. Pour expliquer le paramagnétisme, des modèles classiques suffisent (presque), pour le diamagnétisme on peut utiliser des modèles "mixtes" simplifiés, mais pour expliquer le ferromagnétisme il faut le quantique (classiquement il ne devrait pas exister). Pour utiliser un supraconducteur comme câble électrique, la physique classique suffit, mais si on veut utiliser une fonction Josephson ou un squid, le quantique devient incontournable. Etc....
Ce n'est jamais facile mais tout s'apprend
Dernière modification par Deedee81 ; 03/02/2023 à 08h44.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Bonjour.
Explications intéressantes.
Mais il y a peut-être un peu de confusion au sujet du "mouvement" des électrons. Il est dit (et démontré) d'un côté que les électrons ne tournent pas autour su noyau, mais, on parle d'orbitale.
Pour passer de l'ELM classique ou relativiste à la TQC (https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%...que_des_champs), que faut-il étudier ? Il manque une brique entre les 2...
Le rayonnement synchrotron ( dit aussi justement rayonnement de courbure ) n'apparaît que si la particule chargée ( ici , l'électron ) se déplace sur une trajectoire courbe .
Il n'y a pas de rayonnement synchrotron dans les accélérateurs linéaires .
https://eduscol.education.fr/sti/sit...tion-ensps.pdf page 6 .
Celui qui accroît son savoir , accroît sa souffrance . L'Ecclésiaste 1-18
Une particule accélérée rayonne, le fait que cela soit une accélération tangente et non normale à la trajectoire ne change rien, non ?
Non en effet
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Bonjour.
Si un électron rayonne c'est pas juste lié au fait qu'il change d'énergie totale ?
Si ça change pas d'énergie ça rayonne pas, si ça change d'énergie ça rayonne. C'est tout.
Du coup ça rayonne aussi pour un observateur qui verrait l'énergie de l'électron changer alors que localement l'énergie de l’électron ne change pas.
Me trompe-je ?
Alors , ou les ordres de grandeur sont différents ou alors vous m'expliquez plus en détail .
https://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_synchrotron
On continue à faire des Linac justement pour éviter les pertes synchrotron . Et pourquoi ce nom " synchrotron " associé à ce rayonnement ???
Celui qui accroît son savoir , accroît sa souffrance . L'Ecclésiaste 1-18
En effet, forcément, mais ce n'est pas aussi simple. C'est son énergie cinétique qui change lorsqu'il est accéléré. Et il émet un rayonnement qui va diminuer son énergie cinétique (rayonnement de freinage) car il est accéléré et chargé. Si c'était juste un changement d'énergie cinétique pur et dur à cause de l'accélération, il n'y aurait pas rayonnement. Suffit de voir ici pour voir combien c'est compliqué : https://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonn...nu_de_freinage
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Car c'est là qu'il est le plus intense et le plus facile à produire je pense. Mais ça reste à vérifier, il y a peut être un usage pratique pour des usages particuliers le faisant qualifier ainsi dans certaines circonstances (on utilise par exemple ce rayonnement comme source de rayon X et les lampes X habituelles c'est aussi un rayonnement de freinage alors qu'on ne parle pas de rayonnement synchrotron). Doit y avoir une histoire de jargon
EDIT https://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_synchrotron semble en effet limité à un usage particulier
Dernière modification par Deedee81 ; 03/02/2023 à 10h03.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Oui : ce qui compte est l'accélération et une accélération centripète ne change pas l'énergie. Mais si cela rayonne, il perd de l'énergie, donc c'est plus compliqué...
Dernière modification par gts2 ; 03/02/2023 à 10h06.
Ah oui, exemple encore meilleur que mon explication, bien vu
EDIT et pour le coup mon "forcément" ci-dessus est faux, sauf dans le cas d'une accélération linéaire !!!!
Dernière modification par Deedee81 ; 03/02/2023 à 10h17.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Voilà l'historique du rayonnement synchrotron : https://xdb.lbl.gov/Section2/Sec_2-2.html
On peut dire qu'il a été " découvert " en 1944 .
On a construit des synchrotrons ( ils sont tous COURBES ! ) spéciaux pour utiliser cet effet ( ERSF , SOLEIL ) : les expériences sont tangentes au cercle .
https://www.synchrotron-soleil.fr/fr...-3-questions#1
Il n'y a pas ce genre d'expériences autour des Linac , donc , il y a bien une raison ....
Celui qui accroît son savoir , accroît sa souffrance . L'Ecclésiaste 1-18
Il y a ce truc là pourtant : https://en.m.wikipedia.org/wiki/European_XFEL
qui produit un laser X avec des électrons accélérés linéairement semble-t-il
m@ch3
Never feed the troll after midnight!
Flou artistique dans la dénomination en vue
On ne va pas en faire une maladie
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Bonjour,
"where they follow curved trajectories resulting in the emission of X-rays"
Bonjour
Effectivement, le modèle de la petite bille chargée qui tourne autour du noyau n'est pas compatible avec la mécanique quantique (l'électron rayonnerait, et l'atome ne serait pas stable) mais quand on s'intéresse à la version relativiste de l'atome d'hydrogène, si je me souviens bien, (dans un cours assez ancien) , on attribue tout de même un "moment orbital quantique" et un moment propre quantique de spin à ce nuage d'ondes stationnaires associé à l'électron dans l'atome d'hydrogène. C'est d'ailleurs une manière d'introduire le spin de 1/2 car, sans lui , le moment orbital quantique ne commuterait pas avec le hamiltonien quantique (donc l'énergie ne serait pas conservée et l'atome ne serait pas stable).
Je ne sais pas si cette interprétation a toujours cours aujourd'hui.
Cordialement
Oui , mais ceci est autre concept , différent de la discussion initiale : https://fr.wikipedia.org/wiki/Laser_...ectrons_libres
Celui qui accroît son savoir , accroît sa souffrance . L'Ecclésiaste 1-18
Oui bien sûr. Bien que l'électron dans un atome soit décrit par une orbitale, on peut calculer son moment cinétique, son énergie cinétique, etc...
Ce n'est pas étonnant : ces concepts sont parfaitement bien définis non seulement pour des "billes" se déplaçant de manière classique mais aussi pour des ondes, stationnaires ou pas.
Peut-être un problème pratique plus que de principe : dans un synchrotron les électrons reviennent au point de départ et recommencent le cycle : différence entre un fonctionnement au coup par coup et un fonctionnement en boucle.
Bonjour,
Cela fait des années que je traîne cette interrogation et j'ai l'impression que c'est plus profond qu'une question pratique.
La réalité, c'est ce qui reste quand on cesse de croire à la matrice logicielle.
