pourquoi l'atome ne s'effondre pas sous la force éléctromagnetique

[sydonahi]

Bonjour =)

 

Tout est dans le titre. Je me demande ce que permet à un atome de ne pas s'effondrer sous les forces éléctromagnétiques subies par les protons et les éléctrons. Je sais qu'il s'agit de mécanique quantique (mais je n'y connais rien), on m'a parlé de l'équation de shrödinger (je ne sais pas si je l'épelle bien).

 

Merci =)

['Bruno]

(Je croyais que c'était grâce à l'interaction forte mais celle-ci agit sur le noyau, pas sur l'atome entier il me semble...)

 

Faisons une analogie :

- Le Soleil attire les planètes du fait de la gravitation. Pourtant le Système Solaire est stable. Qu'est-ce qui empêche les planètes de s'effondrer sur le Soleil ?

- Le noyau (protons) attire les électrons du fait de l'électromagnétisme. Pourtant l'atome est stable. Qu'est-ce qui empêche les électrons de s'effondrer sur le noyau ?

 

Ça ne répond pas à la question, mais ça montre qu'une force d'attraction ne provoque pas forcément un effondrement. Du coup, peut-être que la réponse est simplement : « parce qu'il n'y a aucune raison que ça s'effondre » ?

 

En tout cas ça m'a l'air d'une bonne question ! (D'autant qu'un atome n'est en réalité pas fait de petites billes appelées électrons qui tourneraient autour d'une grosse boule appelée noyau...)

Modifié 10 octobre 2011 par 'Bruno

[adri92]

Bonsoir,

 

Bonne question ! Je vais tenter de te faire une (bonne ?) réponse, sans rentrer pour le moment dans un débat avec Bruno, étant donné que mon savoir est très justement quantique par rapport au sien !!

 

Effectivement, aux alentours de 1910, Rutherford décrit l'atome comme un ensemble de particules chargées négativement en "rotations" autour d'un noyau massique et extrêmement petit chargé positivement. Mais effectivement, les électrons (particules chargées négativement) ayant une certaine quantité d'énergie, devraient la perdre très rapidement et enfin s'écraser sur le noyau (en environs un cent millième de seconde). C'est Niels Bohr qui en 1913 résolu le problème en quantifiant les orbites atomiques. Chaque électron occupe une certaine orbite, correspondant à son énergie. Il reprend donc le concept de quanta introduit par Max Planck en 1900. Un électron ne peut donc se situer que sur certaines orbites bien définies et pas en dessous d'une orbite fondamentale. Il peut, en recevant une certaine quantité d'énergie (par l'intermédiaire des photons), passer sur une orbite supérieur par saut quantique ( notion difficile à concevoir), ou bien en perdant de l'énergie, passer sur une orbite plus basse. En gros, on dit qu'il introduit le concept d'états stationnaires.

 

En fait je suis en train de relire une partie de plusieurs livres que j'ai lu récemment, je vais en faire un compte rendu dans un message futur... laissé moi 30 minutes ! Ce sera ensuite beaucoup plus clair ! Mais je sens que Lasilla ou d'autres vont bientôt rappliquer !

 

Adrien

 

EDIT: Peut être que le résumé sera fait demain, car là je commence à fermer les paupières...

Modifié 10 octobre 2011 par adri92

[Tiflo]

Bonsoir,

 

En tout cas ça m'a l'air d'une bonne question ! (D'autant qu'un atome n'est en réalité pas fait de petites billes appelées électrons qui tourneraient autour d'une grosse boule appelée noyau...)

 

Si tu considères le modèle de Bohr, c'est vaguement à cause des "quantas" que cela ne s'effondre pas.

En effet, un électron ne peut changer d'orbite quand gagnant ou perdant de l'énergie. Un quanta désigne ce minimum d'énergie.

 

 

 

Maintenant si tu veux l'explication "vrai du moment", il faut se plonger dans la mécanique quantique.

On peut calculer l'orbite la plus basse (l'état d'énergie minimale) à partir du principe d'incertitude d'Heisenberg.

Si tu veux plus d'information sur ce principe fondamentale :

http://fr.wikipedia.org/wiki/Principe_d%27incertitude

Tu as même la démonstration mathématique dans ce lien, mais pour l'atome d'hydrogène seulement. Pour les atomes plus complexes, les calculs ne peuvent être résolue que numériquement.

 

 

Tiflo

Modifié 10 octobre 2011 par Tiflo

[Jean-ClaudeP]

Faisons une analogie :

- Le Soleil attire les planètes du fait de la gravitation. Pourtant le Système Solaire est stable. Qu'est-ce qui empêche les planètes de s'effondrer sur le Soleil ?

- Le noyau (protons) attire les électrons du fait de l'électromagnétisme. Pourtant l'atome est stable. Qu'est-ce qui empêche les électrons de s'effondrer sur le noyau ?

(Autre son de cloche )

C'est le modèle planétaire de Bohr, conçu au début du 20e siècle, Il assimilait les électrons à des corps électrisés tournant rapidement autour du noyau pour compenser la force d'attraction électromagnétique existant entre le noyau positif et l'électron négatif. Ce modèle n'est pas si mauvais que cela, mais contredit l'électromagnétisme classique qui énonce qu'une charge accélérée doit rayonner de l'énergie sous forme d'onde électromagnétique. Ainsi, l'électron devrait perdre de l'énergie et la compenser en se rapprochant du noyau et enfin tomber sur lui, ce qui ne se produit pas dans la réalité où la matière ordinaire est très stable. Ce problème fut à l'origine de l'invention de la mécanique quantique.

[jgricourt]

La quantité de mouvement de la particule comme d'autres grandeurs qui la caractérise sont soumis au principe de superposition quantique où plusieurs valeurs subsistes tant que l'on en n'a pas fait la mesure (relire ce qu'est la fameuse expérience du chat de de Schrödinger).

[iksarfighter]

Avec l'atome non seulement on atteint la matière sous forme de grains, mais aussi l'énergie. Tout devient discontinu.

De ce fait on n'est plus dans des schémas planétaires mais dans un monde où les éléments peuvent presque indéfiniment conserver leur énergie, et si celle-ci doit malgré tout varier suite à des interactions diverses, ce sera par à-coups et non de façon continue.

[sydonahi]

(Je croyais que c'était grâce à l'interaction forte mais celle-ci agit sur le noyau' date=' pas sur l'atome entier il me semble...)

 

Faisons une analogie :

- Le Soleil attire les planètes du fait de la gravitation. Pourtant le Système Solaire est stable. Qu'est-ce qui empêche les planètes de s'effondrer sur le Soleil ?

- Le noyau (protons) attire les électrons du fait de l'électromagnétisme. Pourtant l'atome est stable. Qu'est-ce qui empêche les électrons de s'effondrer sur le noyau ?

 

Ça ne répond pas à la question, mais ça montre qu'une force d'attraction ne provoque pas forcément un effondrement. Du coup, peut-être que la réponse est simplement : « parce qu'il n'y a aucune raison que ça s'effondre » ?

 

En tout cas ça m'a l'air d'une bonne question ! (D'autant qu'un atome n'est en réalité pas fait de petites billes appelées électrons qui tourneraient autour d'une grosse boule appelée noyau...)[/quote']

 

 

Coucou =)

 

L'atraction forte concerne uniquement le noyaux oui, et en plus elle donne l'effet contraire de celui que je recherche, à savoir qu'elle lit des particules (alors que dans mon cas il s'agit plutot de les repousser pour que le tout ne s'effondre pas)

 

Ton raprochement est certes une analogie mais je ne pense pas que l'on puisse en faire une homologie. J'entends par là que les ces deux effets n'ont pas la meme cause, bien qu'il se ressemble en gros. Dans le cas des planètes, c'est simplement leurs vitesse initiale qui compense la gravité et leur permet de rester en orbite.

Dans le cas des atomes, déjà on est pas à la meme échelle, il ne s'agit pas de gravitation et puis le mouvement des éléctrons n'est pas vraiment comparable à celui des planètes puisqu'ils "nagent" dans une couche spécifique de façon aléatoire et pas vraiment sur une orbite. En plus à l'échelle atomique et en dessous c'est la mécanique quantique qui fait sa lois =)

 

______

 

Merci pour vos réponses =) mais je connais l'histoire des couches et des niveaux d'energie de l'electron, je me demandais justement pourquoi il était fixé à une place précise (désolée que ça n'ait pas été vraiment explicite ><), si tant est qu'on le sache (encore une fois je susi une bille en physique quantique.

 

bonne nuit !!

[Tiflo]

je me demandais justement pourquoi il était fixé à une place précise (désolée que ça n'ait pas été vraiment explicite ><)

 

Justement ils ne sont pas fixée à une place précise, il y a juste une plus forte probabilité (90-95%) de présence au niveau de cette orbitale.

Il ne faut pas voir les électrons comme des billes autour d'un noyau, mais comme un "nuage" avec des zones de plus forte densité de présence qui se nomment "orbitale".

 

Après le sens physique, je n'en sais rien ... je n'ai bouffé que des maths en mécanique quantique ... (vive l'enseignement à la française)

[iksarfighter]

Merci pour vos réponses =) mais je connais l'histoire des couches et des niveaux d’énergie de l’électron, je me demandais justement pourquoi il était fixé à une place précise (désolée que ça n'ait pas été vraiment explicite ><), si tant est qu'on le sache (encore une fois je suis une bille en physique quantique.

 

bonne nuit !!

Au niveau microscopique ça marche comme ça, point ! Même si ça défie l'intuition. C'est ça la physique quantique ! Et c'est aussi la "vraie" réalité (ou du moins la "meilleure" réalité que l'on connaisse aujourd'hui).

On ne s'en est jamais douté au niveau macroscopique jusqu'à ce que les instruments et les théories permettent de mettre en évidence toute ces mécanismes originaux de l'infiniment petit.

['Bruno]

sans rentrer pour le moment dans un débat avec Bruno, étant donné que mon savoir est très justement quantique par rapport au sien

Justement, non, je ne connais pas grand chose à ce sujet.

 

Ton raprochement est certes une analogie mais je ne pense pas que l'on puisse en faire une homologie.

Attention, l'analogie que j'utilisais ne doit pas servir pour répondre à la question (comme je le disais plus haut).

[sydonahi]

 

Attention' date=' l'analogie que j'utilisais ne doit pas servir pour répondre à la question (comme je le disais plus haut).[/quote']

 

A d'accord désolé =) J'espère que m'a réponse t'éclaire quand même quant à ce qui permet aux planètes de rester en orbite.

 

merci à tous pour vos réponses \o/ !

[jgricourt]

Je me demande si on ne peut pas faire une analogie avec le fait que les orbites électroniques stables décrites par la mécanique quantique sont en fait constitués de différents niveaux au sein d'un puit de potentiel. Comme une bille reste stable dans un creux de la montagne (qui correspond a une orbite dans ce puit) et on aurait alors plusieurs creux de stabilité mais pour passer de l'un à l'autre il faudrait donner une certaine quantité (discrète) d'énergie à l’électron. De cette manière l’électron aura suffisamment d'énergie pour gravir la pente jusqu’au prochain creux où son énergie potentielle sera donc augmenté.

Modifié 11 octobre 2011 par jgricourt

[syncopatte]

La question provient du monde macroscopique, style aimants dont les pôles sud et nord s'attirent et font "coller" les opposés.

 

Ou encore le courant électrique, où les électrons filent vers le positif (il me semble que tout comme les plombiers se trompent au sens physique pour symboliser le rouge comme chaud et le bleu comme froid, que les électrons filent en sens inverse de la flèche indiquée sur un circuit électrique)

 

Or au niveau atomique, c'est tout autre.

Oui, un noyau positif va capturer un électron pour neutraliser la charge.

Le noyau plus les électrons (un seul dans le cas de l'hydrogène) forment alors l'atome.

Il ne faut pas voir les électrons comme des billes autour d'un noyau, mais comme un "nuage" avec des zones de plus forte densité de présence qui se nomment "orbitale".

Ce "nuage" est une représentation, faut bien une image pour nous humains avides de visualiser des concepts! Et contrairement aux orbites planétaires globalement circulaires et, ici on a des sphères voire des volumes aux formes parfois étranges, comme une quille, des haltères.

 

Les électrons, avec comme le photon une dualité onde-particule, ont une certitude de se trouver dans tel ou tel "volume" suivant leur niveau d'énergie, mais où dans ce volume on ne sait pas: une onde n'a pas de place définie.

Elle ne va pas non plus s'écraser sur le noyau comme une vague sur le rivage: il n'y a pas de rivage, ou alors celui-ci est insurmontable!

 

Que se passerait-il si quand-même un électron se lie à un proton?

Celui-ci se changerait en neutron: carrément un autre gaillard! On obtient un autre noyau atomique.

Le noyau hôte n'a pas envie de changer comme ça, cela demande beaucoup trop d'énergie, or l'électron n'en fourni pas assez.

La force nucléaire forte n'est pas appelée forte pour rien, elle est bien plus puissante que la force électromagnétique (mais n'agit qu'au niveau du noyau, pas plus loin)

Donc l'électron est invité à aller vaguer plus loin...

 

A noter que les formes des nuages déterminent comment les atomes s'arrangent entre eux pour former une molécule.

Ils aiment se rassembler et partager des électrons afin d'avoir une plus grande stabilité (le régime fiscale pour un couple H2 et plus favorable que deux H séparés)

Le carbone a ainsi 4 directions de partage comme un tétraèdre...tout cela détermine finalement la forme des molécules, leur "souplesse", finalement leurs propriétés comme macro-molécules.

La souplesse d'un élastique provient de l'agencement de ses molécules entre-elles, l'agencement est déterminé par la forme qui est déterminé par le partage des électrons qui est déterminé par les "nuages"...

 

(quelle explication!)

 

Patte.

Modifié 11 octobre 2011 par syncopatte

[G.bliard]

Chers confrères astronomes et astrophysicien et cosmologistes etc...

Je sens que je vais faire du hors sujet, mais que pensez vous de la pensée de Feynman, qui dit que si l'on projette un électron d'une source vers un écran phosphorescent que celui-ci, au lieu d'y aller en ligne droite, prenait tous les chemin possibles simultanément"

Il y a de quoi se poser des question, j'avoue que j'ai eu du mal a comprendre (et j'ai toujours du mal, c'est pour ça que je vous demande votre avis)

Alors qu'en pensez vous, mon cher Watson???

[dimi]

C'est pas mal vulgarisé ici :

 

C'est le "problème" avec les particules élémentaires ! Elles ne se comportent pas de manière habituelle !

[Jean-ClaudeP]

mais que pensez vous de la pensée de Feynman, qui dit que si l'on projette un électron d'une source vers un écran phosphorescent que celui-ci, au lieu d'y aller en ligne droite, prenait tous les chemin possibles simultanément

 

Un résultat d'optique ondulatoire

Considérons la situation suivante. S est la source d'une onde plane monochromatique qui vient heurter une barrière xx', percée d'un petit trou en M. L'onde passe à travers et va rayonner à travers le demi-plan droit à partir de ce trou qui peut être considérée comme une nouvelle source ponctuelle de l'onde.

Ce phénomène peut être facilement constaté sur une surface liquide.

 

 

Le principe d'Huygens

Ce qui suit est plus intéressant et constitue précisément le principe de Huygens.

Si on enlève la barrière xx', le raisonnement précédent fait pour le point particulier M est encore vrai pour n'importe quel point du plan. Ainsi, tout point du plan qui reçoit l'onde incidente en provenance de S, peut-être considéré comme la source ponctuelle d'une onde qui rayonnera à travers tout le plan jusqu'en R. Ainsi, l'intensité de l'onde en R à un moment donné peut s'écrire comme la somme des intensités des ondes rayonnées par tous les points du plan et parvenues en R à ce moment, comme le suggère la figure avec les sources secondaires M1, M2, M3 etc.

 

 

Le résultat de R. Feynman

Depuis L. De Broglie et les expériences de diffractions opérées avec des particules (électrons, neutrons, etc), on sait que toute particule est accompagnée d'une onde pilote, pour utiliser la qualification de De Broglie, onde dont le carré de l'intensité en un point de l'espace donne la probabilité de présence de la dite particule en ce point.

Richard Feynman (1918 - 1988) montre alors que l'équation de Schrödinger, qui gouverne l'évolution des ondes-particules dans l'espace et le temps, conduit l'onde à obéir aussi au principe de Huygens, expliqué plus haut, et réciproquement. Cette dernière conception conduit à l'interprétation suivante. Quant une particule va de S à R elle emprunte simultanément n'importe quel chemin du plan conduisant à R. En effet, l'onde en R résulte du cheminement de l'onde le long par exemple de SM1R, ou de SM2R etc. Or, le long de ces chemins l'onde ayant une certaine intensité, la probabilité d'y trouver la particule est non nulle. Ceci peut être interprété en disant que la particule ne va pas directement de S à R mais peut ou passe par tous les chemins possibles; Ou, si l'on préfère l'interprétation de Cohen T., l'onde "tâte" les divers chemins possibles et fait passer à travers (on ne sait pas trop comment) la particule.

 

Ces recherches furent l'occasion pour Feynman d'inventer de nouveaux outils mathématiques, intégrales de chemins et dérivées fonctionnelles, de développer les diagrammes dits de Feynman. Tous ces outils utilisés par lui-même et par d'autres physiciens de la seconde moitié du 20e siècle leur permirent de développer brillamment l'électrodynamique quantique.

 

Source : Mécanique quantique, C Cohen Tannoudji, B Diu, F Laloé, tome 1.

Modifié 12 octobre 2011 par Jean-ClaudeP

[G.bliard]

La vidéo est bien mais elle manque de précision, quand ils expliquent le mystère que :

-Quand on l'observe les électrons se comportent différemment (Le principe d'incertitude)

Mais en réalité il y a une nuance à ceci; Les électrons sont en fait dévié (d'après ce que j'ai appris ) par les photons de la lumière de l'observateur jusqu'au point de ne réagir plus que comme des particule et non des ondes.

L'autre point faible de cette vidéo est qu'il n'explique que le cas ou l’électron passe simultanément dans les deux fentes, et pas comme la théorie de Feynman, "Par tous les chemins possibles simultanément". Donc, en théorie l’électron pourrait se promener jusqu'au centre de la galaxie avant de revenir!!

 

Merci pour la vidéo, malgré mes critiques inutiles, elle est géniale!!

[G.bliard]

Merci Jean-Claude P. pour cette explication claire et pas trop compliquée... je profiterai des mots clés de ce message pour ensuite faire quelques recherches... cela m'avance beaucoup, merci encore!!!

 

Mes salutations respectueuses

 

G.Bliard

[berniebach]

Ce que je comprends en lisant le livre de M.Bojowald," L'univers en rebond", c'est que la stabilité des atomes en gravitation quantique est à rapprocher d'une force antagoniste qui contre la perte classique d'énergie par rayonnement; cette force antagoniste résultant de l'extension de la fonction d'onde.

C'est à dire que la distance entre la fonction d'onde où se trouve l'électron et le proton, varie, une grosse part de la fonction d'onde étant positionnée d'un côté.

Du coup, la localisation possible de l'électron passe d'un côté à l'autre subissant l'attraction vers le proton mais la force étant dirigée en direction opposéeil en résulte cette forme antagoniste, et une possibilité de stabilisation de l'atome.

L'état fondamental étant quand la fonction d'onde du proton est centrée=stabilité...

Après, il y a la question du rayonnement thermique, j'en suis là, et mon ignorance en physique me gène pour comprendre les concepts qui y sont liés....

[DS12]

la desagreguation de l atome est le moteur principal de sa duree de vie,en effet son auto destruction l imunise l atome fabrique des outils de defence lors de sa desagreguation

[syncopatte]

Non, ce n'est pas le retour de Lamarchat, ici c'est d'un niveau trop inégalable.

 

Patte.

[DS12]

le fonctionnement des atomes et celui ci:ils vivent nus c est l image originelle de la vie ,voir le corps d un atome c est voir son fonctionnement naturel,son volume caracterise l assemblage de ses organes,a mon avis il decrit des projections physiques que l on peut voir a l oeil nu

[syncopatte]

 

Encore!

 

Excellent, je vais les encadrer!

 

Patte.

[DS12]

a mon gout les atomes obeissent a une loi bien precise celle de l expension c est dans celle ci qu ils trouvent leurs parcours labyrintique

[syncopatte]

Elle est moins amusante que la précédente, avec les atomes nus, leur corps et organes (j'imagine la chose, deux quarks down et un up)

 

Ceci dit je pense que tu t'es trompé de planète (et de forum à priori)

 

Troll ou robot, pour ma part tu viens de disparaître dans la liste des ignorés.

 

Patte.

[DS12]

j expose:expension d un atome c est la volonte seulement la volonte de s expenser mais il a deja le caractere expensif,a aucun moment il pourrai croitre seulement il adopte bien ce comportement de croissance son comportement de croissance n est tout simplement que son propre entretien

[DS12]

Pourquoi n irait on pas voir du cote des electrons?les electrons fabriquent leurs territoires, si l on pouvait s en approcher un peu plus, eux aussi adoptent un comportement de survi,on dit souvent qu ils ont uncomportement anarchique et c est faux,je les comparerai a une fourmiliere bien organiser qu a pour finalite d entretenir le noyau.les electrons ne jouent qu un role celui de rendre le noyau le plus efficace possible.certe les mouvements des electrons n ont pas de logique mais ils ontdes racines et des valeurs il traquent non stop un refuge ce refuge c est la combinaison qui peut se produire l orsque les atomes forment une molecule,apres avoir fabriquer des chemins sinueux ils detiennent la carte de route des assimilations de n importe quels materiaux

[adri92]

Bonjour,

 

eux aussi adoptent un comportement de survi,on dit souvent qu ils ont uncomportement anarchique et c est faux

 

Tu tire cela d'où ? C'est une interprétation personnelle sans valeur physique, mais après tout, chacun son interprétation....

Modifié 3 janvier 2012 par adri92

[Dr Eric Simon]

Bonjour,

 

 

 

Tu tire cela d'où ? C'est une interprétation personnelle sans valeur physique, mais après tout, chacun son interprétation....

 

Hello Adri, eh, on ne répond pas à un troll ! :be: