Interprétation de la constante de Planck

[invitec913303f]

Bonjour, bien que l'utilisation de la constante de Planck devienne une habitude usuelle pour touts pratiquant et étudiants en physique, il n'empaiche que la compréhension profonde de ce que signifie cette découverte reste pour la plus part des étudiants comme moi un mystère. Dans la litérature je peut voir que la variation d'énergie est égale à hv outre de dire que l'énergie est quantifier, j'aimerais comprendre ce que signifie vraiment cette réalité. Ainsi viens plusieurs questions qui j'éspaires ne sont pas trop stupides.

1/ Avant la découverte de la constante h, en électromagnetisme, une onde à aussi une énergie n'est ce pas?

2/ Je crois avoir lu quelque part que lorsque l'on utilise la théorie électromagnetique classique pour traiter du phénomène du rayonement du corps noirs, il viendrais soi disant une absurdité dans lesquel l'énergie rayoné serait infinie? Pourriez vous m'expliquer pourquoi?

3/ DelataK=hv c'est bien la variation d'énergie c'est sa?

4/ On représente un photon comme une sinusoide pure, le fait que son énergie est quantifié implique t'il quelque chose concernant le type de signal?

5/ Enfin, dire que l'énergie d'un photon est quantifier signifie que la puissance d'un photon l'est aussi non? (Enfin peut étre cela peut paraitre absurde de parler de la puissance d'un photon mais après tout je n'en vois pas le problème).

Merci pour votre aide.
Salutations
Flo
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[invité576543]

Bonjour,

Un premier point est qu'il me semble que tes questions concernent beaucoup plus la notion de quantification du rayonnement (du champ électro-magnétique, en fait) que de la constante de Planck.

Gardant cela en tête, une tentative de réponse pour certaines des questions:

3/ Delta E = hv c'est bien la variation d'énergie c'est sa?

Oui, c'est l'énergie cédée ou gagnée lors d'une interaction avec un photon de fréquence .

4/ On représente un photon comme une sinusoide pure, le fait que son énergie est quantifié implique t'il quelque chose concernant le type de signal?

Non. La quantification n'apparaît vraiment que dans les interactions entre lumière et matière, lors d'absorption, d'émissions ou de réémissions. Le signal propagé n'est pas en lui-même concerné.

Une illustration peut-être pas si simple à comprendre: l'énergie étant une grandeur relative, la notion d'énergie d'un photon n'a pas de sens en elle-même: on ne peut parler de cette énergie que par rapport à un système matériel, en pratique celui qui émet ou celui qui reçoit, selon ce qu'on regarde (et l'énergie n'est pas nécessairement la même dans les deux cas, pour un même photon!). La valeur de l'énergie n'ayant pas grand sens lors de la propagation, nul étonnement à ce que la quantification de l'énergie n'ait pas d'impact!

5/ Enfin, dire que l'énergie d'un photon est quantifier signifie que la puissance d'un photon l'est aussi non? (Enfin peut étre cela peut paraitre absurde de parler de la puissance d'un photon mais après tout je n'en vois pas le problème).

Comme la quantification apparaît lors de l'interaction, réputée et modélisée comme instantanée, la notion de puissance n'est pas applicable.

Cordialement,

[invitec913303f]

Bonjour à toi mmy, merci beaucoup pour ton message.
Effectiment tu à mis mes idées aux claires, je crois qu'il faut distinguer deux choses:

- L'interaction lumière matierre qui elle se fait de façon quantifier.

Concernant la quantification du champ électromagnetique, cela n'a alors pas lieux d'étre si? A ma conaissance il n'y à pas de raisons pour que le champ EM soit quantifier si?

Merci encore.
Flo

[invité576543]

Concernant la quantification du champ électromagnetique, cela n'a alors pas lieux d'étre si? A ma conaissance il n'y à pas de raisons pour que le champ EM soit quantifier si?

Bonjour,

Si, quand il interagit en permanence. Ce qui est assez courant! Par exemple dans une cavité, les parois n'arrêtent jamais d'absorber ou d'émettre: résultat le champ à l'intérieur est lui-même quantifié.

Ce cas est à l'origine de la découverte de la quantification par Planck.

Ce que j'exprime derrière est ce que je crois comprendre, à prendre comme des pistes:

D'une certaine manière, on considère toujours que le champ est quantifié: c'est ce qu'on fait quand on parle de photons. Mais comme on ne peut le vérifier que par interaction entre le champ et la matière, on peut dire que c'est "virtuel", on ne sait pas à l'avance quel photon précis va être absorbé, d'une certaine manière l'interaction "crée" le photon potentiel.

Il y a derrière tout cela une idée pas simple: le champ est quantifié, mais de pleins de manières différentes. Il y a plusieurs manières de "découper" le champ en photons, et ce n'est qu'au moment de l'absorption d'un photon que le découpage est "précisé" (seuls les découpages où ce photon là apparaissait deviennent a posteriori valables).

Quand les interactions sont permanentes, le découpage est clair, sinon il n'est que "potentiel"...

En espérant que ça amène quelque chose...

Cordialement,

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitedae5532a]

Salut !
Concernant ta première question, n'importe quelle onde se propageant en physique implique en général une propagation d'énergie (sauf onde stationnaire). Ceci est vrai pour les ondes électromagnétiques pour lesquelles tu peux calculer le vecteur de Poynting, dont le flux à travers une surface donne la puissance véhiculée par l'onde.
Pour ta deuxième question, je crois que ce sont Rayleigh et Jeans qui ont calculé l'énergie volumique spectrale (énergie par unité de volume par unité de fréquence) pour une onde classique. Celle-ci est en v^2, où v est la fréquence de l'onde. On voit tout de suite que cette énergie diverge en v (énergie infinie pour v infinie), c’est ce que l’on appelle la catastrophe ultraviolette (v grand correspond aux ultraviolets). En introduisant la quantification du champ, Planck a trouvé une formule qui ne diverge pas et est cohérente avec Rayleigh-Jeans aux faibles v.
Concernant ta dernière question, il me semble que la notion de puissane garde tout son sens avec les photons (désolé mmy). Par exemple, lorsque tu considères une cavité laser (en gros un endroit où la lumière tourne en boucle), en connaissant la puissance de sortie du laser, tu peux remonter au nombre de photons N dans la cavité, en égalisant cette puissance avec Nhv, (fois un facteur de transmission et la fréquence à laquelle la lumière tourne en boucle dans la cavité), où v est la fréquence du laser (très bien définie pour un laser justement). Ceci permet de se rendre compte que le nombre de photons est colossale sur un petit intervalle de fréquence [v ; v+dv], comparé à la lumière blanche qui possède un nombre ridicule de photons sur le même intervalle à des puissances équivalentes. Bon, je ne suis pas sûr que ces considérations soient beaucoup utilisées en pratique, mais ça permet d’avoir une autre approche pour certains phénomènes.
Concernant la quantification du champ électromagnétique, ta remarque est intéressante car je crois justement que l’on a besoin seulement de la quantification de la matière pour expliquer certains phénomènes, comme l’effet photoélectrique par exemple ; cependant ce dernier a valu le prix Nobel à Einstein pour l’avoir expliqué en quantifiant le champ sur le modèle de Planck.
Faites-moi signe si je me plante à certains endroits !