Origine quantique des pertes diélectriques

[Jay Robinson]

Bonjour à tous!

Étant ingénieur électronique, j'ai parfois beaucoup de mal à comprendre les concepts de physique derrière les règles que j'utilise.
Pour ma question je ne trouve pas de réponse claire sur Google... Alors je suis venu solliciter votre aide!

Contexte: Quand un signal se propage dans un circuit électronique de type microstrip (une piste et sa référence séparées par un diélectrique),
on dit que le signal (signal = propagation d'une perturbation des champs électromagnétiques mais corrigez moi si je dis des bêtises) se déplace réellement dans le diélectrique et que le matériau de ce dernier va déterminer les pertes encourues ainsi que la vitesse de propagation.

Ma question: Quel est le processus quantique qui transforme la propagation de la perturbation des champs électromagnétiques en chaleur?
Est-ce que la perturbation des champs électromagnétiques = photons? Comme le laissent entendre les diagrammes de Feynman?
Est-ce que se sont ces photons qui excitent et font osciller les nuages électroniques des atomes du diélectrique?

Merci d'avance
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[ThM55]

Les pertes diélectriques sont dues à diverses cause. Quand le champ électrique varie, il y a une modification de la polarisation du milieu et on comprend que cela peut donner un échauffement, donc des pertes. Dans d'autres cas, il peut y avoir des impuretés qui causent une faible conduction. Je n'ai pas l'impression qu'il soit nécessaire d'étudier les effets quantiques si on est dans le domaine des hyperfréquences.

[Deedee81]

Salut,

Effectivement : modification de la conformation moléculaire/électronique avec la polarisation et légère conduction avec la résistance qui va avec.
On peut l'étudier au niveau quantique (modifications, mouvements, chocs des impuretés, apparition de phonons, chaleur). On trouve des choses de ce type en physique statistique.
Mais ThM55 a raison, inutile de se casser la tête. L'électrodynamique classique des milieux macroscopiques est suffisante.
Qant à faire intervenir la théorie quantique des champs et les diagrammes de Feynman, là c'est un suicide de intellectuel sauf si on veut étudier les interactions intenses et destructives des lasers avec les matériaux (et souvent on doit en passer par le super calculateur).

[ThM55]

Je suis d'accord. On est toujours un peu en porte à faux pour répondre correctement à ce genre de question car il est vrai que si on veut vraiment comprendre en profondeur ces phénomènes macroscopiques, il est nécessaire d'aller vers des modèles quantiques. Mais de toute façon ces modèles, même quantiques, sont toujours approximatifs (statistiques, moyennisés, simplifiés,...) car les équations sont toujours trop compliquées. Les modèles classiques qui présentent naïvement la polarisation d'un milieu comme l'alignement de petits dipôles avec une statistique de Maxwell-Boltzmann ont un certain domaine de validité et il recouvre ce qui se passe dans un circuit hyperfréquences à température ambiante. Tout dépend de ce qu'on veut comprendre, en fait.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Jay Robinson]

Bonjour ThM55 et Deedee81,

En effet ça me semble plus clair avec vos explications
Ma motivation est d'avoir une compréhension plus profonde des interactions des particules, hors équations, afin de développer une meilleur intuition
J'arrive a visualiser la propagation des perturbations des champs électromagnétiques, mais relier ça aux photons qui se déplacent et interagissent avec la matière je n'arrive pas encore!

Merci beaucoup à vous deux, ça m'est déjà bien plus clair

[ThM55]

Si vous êtes ingénieur électronicien, vous avez certainement étudié les bases de la physique des semi-conducteurs. Par exemple la théorie des bandes d'énergie c'est un modèle qui fait intervenir la mécanique quantique, la statistique de Fermi-Dirac, etc. A mon avis pour comprendre un peu plus, en particulier les diélectriques au niveau le plus détaillé, il faut étudier un bon cours un peu plus général de physique de l'état solide.

[Jay Robinson]

C'est bien là tout le problème, je n'ai pas été formé en théorie
Je le fais actuellement tout seul sur mon temps libre ^^

[f6bes]

, mais relier ça aux photons qui se déplacent et interagissent avec la matière je n'arrive pas encore!

Merci beaucoup à vous deux, ça m'est déjà bien plus clair

Bjr à toi,Heu c'est vraiment "photons" que tu veux dire ou pas plus tot "électrons " ??
C'est pas tout à fait les memes...."bébétes!!
Bonne journée

[Jay Robinson]

Bonjour f6bes,

Tu as bien lu, c'est bien photons que je veux dire, et plus précisément en tant que bossons de l'interaction électromagnétique
J'essaie de comprendre comment ces photons créent l'interaction électromagnétique qu'on observe macroscopiquement et qu'on décris avec les équations de Maxwell

[Deedee81]

C'est bien là tout le problème, je n'ai pas été formé en théorie
Je le fais actuellement tout seul sur mon temps libre ^^

Alors il vaut mieux y aller pas à pas. D'abord l'électrodynamique classique. Puis la mécanique quantique. Puis la physique statistique. Puis la relativité. Puis la mécanique quantique relativiste. Puis la théorie quantique des champs. Et après des trucs un peu plus hard (avec de bons livre, un exemple : interaction photons et atomes de Claude Cohen Tanoudji. Et vouloir retrouver les équations de Maxwell à partir de l'électrodynamique quantique ça n'a rien d'une sinécure. Si tu compares les lagrangiens c'est évident mais si on veut vraiment partir de, disons, l'espace de Fock, bonne chance).

J'ai une formation d'ingénieur. Mais une bonne partie de mes connaissances en physique (surtout du coté quantique ou relativiste) c'est de l'auto-formation. Mais j'y ait été pas à pas. Sinon je n'aurais rien pigé.

On peut bien entendu conseiller des articles, des livres.... mais pour ça il faudrait qu'on connaisse ton niveau exact (il y a forcément un minimum, enfin j'espère sinon va falloir commencer avec du très "basique").

[Jay Robinson]

Mon niveau doit probablement se situer quelque part entre le bac S que j'ai eu et le milieu de la première année en prépa MPSI que je n'ai pas faite (à la louche)
Par dessus ça une école avec prépa intégrée, puis majeure systèmes embarqués donc beaucoup de pratique et presque pas de théorie.
J'ai lu beaucoup de vulgarisation par exemple Hubert Reeves et presque tous les Stephen Hawking
Et en ce moment les deux livres d'Eric Bogatin (sur l'intégrité des signaux et l'impédance)
Mon objectif est de vraiment construire une compréhension solide de la physique derrière les notions que j'utilise dans mon métier, de m'offrir une intuition.

Je m'était aussi figuré qu'il serait possible de vulgariser la physique quantique comme on le fait si bien avec la physique classique, ce qui m'arrangeait car mon niveau mathématique est insuffisant
Mais en vous lisant dans d'autre topiques je commence a penser que descendre dans les équations est le seul moyen...

[Deedee81]

La vulgarisation est toujours possible mais elle a de (grosses) limites.