énergie de l atome

[chris28000]

Bonjour a tous,
si un corps reçoit de l'énergie qui a pour seul effet le changement de couche électronique des électrons de ses atomes, est ce un cas d'énergie thermique?
Merci.
-----

[Amanuensis]

Bonjour,

C'est d'abord de l'énergie partie électro-magnétique partie cinétique.

On ne la classerait (en plus) énergie thermique que si l'atome est en interaction avec une grande quantité d'autres particules, et que c'est proche de l'énergie moyenne par degré de liberté, une quantité liée à la température.

[chris28000]

Bonjour,
j'essaye de classer les énergies , en partant du principe qu'elle est cinétique ou potentielle.
donc énergie potentielle d'interaction entre nucléons: énergie nucléaire;
énergie potentielle d'interaction entre atomes: énergie chimique;
énergie cinétique agitation atomique: énergie thermique;
j'essayais de "caser les atomes excités dans une des catégories.

[Amanuensis]

Si tant est qu'une telle classification soit parlante, je classerais l'énergie des atomes excités avec l'énergie chimique.

Les deux sont à la base l'énergie des nuages électroniques autour des noyaux atomiques, énergie qui est partie cinétique partie potentielle (électro-magnétique).

Les atomes excités forment une espèce de continuum entre les atomes isolés neutres et les atomes ionisés.

[A voir en vidéo sur Futura]

[XK150]

Bonjour ,

La désexcitation d'un atome se fait - d'une façon ou d'une autre - par émission de photons : donc en émettant de l'énergie électromagnétique .

[gts2]

Si tant est qu'une telle classification soit parlante

Oui parce que, par exemple, "énergie potentielle d'interaction entre atomes" peut être classée aussi bien en énergie chimique que thermique : voir loi de Dulong et Petit pour laquelle la capacité thermique est moitié cinétique moitié potentielle.

[Amanuensis]

Oui, parce que, [...] classée aussi bien en énergie chimique que thermique

J'aurais écrit "Non, parce que...".

[Amanuensis]

Pour moi l'énergie thermique n'est pas à mettre sur un même pied que d'autres.

On parle d'énergie thermique quand de l'énergie (aussi bien potentielle pour un type d'interaction ou un autre, que cinétique, et surtout en mélange) est distribuée sur un très grand nombre de degrés de liberté, et que cette énergie s'échange rapidement entre ces degrés de liberté. Statistiquement à l'équilibre thermique, chaque degré de liberté (actif) a une énergie en moyenne de 1/2 kT (k Boltzmann, T température).

À l'opposé on analyse des cas où l'énergie est sur un ou très peu de degrés de liberté, et alors on peut la classer en cinétique ou potentielle.

Un exemple est du dihydrogène à l'état de gaz. Chaque molécule a (de mémoire et donc sf erreur de part) 7 degrés de liberté (actifs), 3 de translation, 2 de rotation, 1 de vibration et 1 de potentiel. Mais l'énergie d'un volume de gaz (à l'équilibre thermique) sera comptée sur la somme, et donc "mélange" des énergies dont le type est distingué si on ne regarde qu'une molécule.

Note: ce nombre de 7 apparaît avec certaines propriétés thermodynamiques (statistiques, donc) du gaz. Il dépend de la nature du gaz.

[chris28000]

Oui parce que, par exemple, "énergie potentielle d'interaction entre atomes" peut être classée aussi bien en énergie chimique que thermique : voir loi de Dulong et Petit pour laquelle la capacité thermique est moitié cinétique moitié potentielle.

j'ai dit énergie potentielle d'interaction entre atomes et non pas énergie d'interaction entre atome

[gts2]

j'ai dit énergie potentielle d'interaction entre atomes et non pas énergie d'interaction entre atome

Quelle est la nuance ? Dans Dulong et Petit c'est l'énergie du "ressort" entre les atomes, ce ne serait pas une énergie potentielle ?

[chris28000]

Merci à tous,
d'accord pour dire que l'énergie des atomes excités est une énergie chimique, "si tant est qu'une telle classification soit parlante"

[chris28000]

Quelle est la nuance ? Dans Dulong et Petit c'est l'énergie du "ressort" entre les atomes, ce ne serait pas une énergie potentielle ?

il n'y a pas d'énergie cinétique dans le "ressort" entre les atomes?

[chris28000]

Quelle est la nuance ? Dans Dulong et Petit c'est l'énergie du "ressort" entre les atomes, ce ne serait pas une énergie potentielle ?

mais pour la capacité thermique moitié cinétique... quand je pense energie cinétique je pense masse
sinon oui l'énergie du "ressort" entre les atomes est une énergie potentielle .

[coussin]

Ça n'a pas de sens de séparer énergie cinétique et potentielle en MQ. Ces 2 formes d'énergie s'échangent en permanence et de manière aléatoire (c'est aussi vrai en classique dans la limite thermodynamique). On peut néanmoins definir des relations concernant les valeurs moyennes de ces deux formes d'énergie (cf la version quantique du théorème du viriel)

[Amanuensis]

il n'y a pas d'énergie cinétique dans le "ressort" entre les atomes?

Si on prend le cas simple d'une molécule de deux atomes identiques, la vibration est pour moitié (statistiquement) potentielle et pour moitié cinétique, et les deux formes s'échangent, comme dans d'autres cas d'énergie d'oscillation.

Mais cela a été déjà été indiqué plusieurs fois dans la discussion, sous une forme ou une autre. Où est la difficulté ?

[chris28000]

Ça n'a pas de sens de séparer énergie cinétique et potentielle en MQ. Ces 2 formes d'énergie s'échangent en permanence et de manière aléatoire (c'est aussi vrai en classique dans la limite thermodynamique). On peut néanmoins definir des relations concernant les valeurs moyennes de ces deux formes d'énergie (cf la version quantique du théorème du viriel)

ah ok oui, le premier terme de l'hamiltonien qui devient laplacien en quantique n'est plus considéré comme cinétique...

[gts2]

il n'y a pas d'énergie cinétique dans le "ressort" entre les atomes?

Le 6 de la loi de Dulong et Petit vient de là : 3 (directions de l'espace) x 2 (1 pour 1/2mv² (cinétique) et 1 pour 1/2kx² (potentielle))

[Amanuensis]

Extrait de https://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_de_Dulong_et_Petit :

Dans un cristal, chaque atome de masse m = M / N_A vibre autour de sa position d'équilibre O, sans toutefois la quitter. Son écart par rapport à O est également repérable par 3 coordonnées et son mouvement est celui d'un oscillateur harmonique tridimensionnel. L'énergie moyenne d'un oscillateur harmonique unidimensionnel — ou à un seul degré de liberté — est également partagée entre énergie cinétique et énergie potentielle. En admettant que l'énergie cinétique soit encore égale à R T / 2 son énergie totale U devient égale à R T , soit encore à 3 R T pour un oscillateur tridimensionnel.

Selon ce texte, qui parle de l'énergie thermique d'un solide, le facteur 6 (3 RT = 6 RT/2) vient de trois fois l'énergie par degré de liberté de vibration, modélisée comme l'énergie d'un oscillateur harmonique (qui "est également partagée entre énergie cinétique et énergie potentielle", donc sur les 6 trois sont cinétiques et trois sont potentielles).

(R est ici k fois le nombre d'Avogadro, ce qui est calculé étant la capacité thermique par mole.)

[Amanuensis]

PS: Le message précédent exprime en d'autres termes ce qu'explique le message de gts2 qui le précède, en incluant la précision qu'il s'agit de solides, et non de gaz comme dans les exemples que j'avais pris précédemment.

Dans tous les cas on a 1/2 kT par degré de liberté actif.

Le nombre de degrés de liberté actifs par atome dépend de la température, de la nature de l'atome ou la molécule, etc.