Lois-De-La-Thermodynamique | Dr. Goulu

Quel serait un bon modèle thermodynamique pour expliquer le changement de température d'une chute d'eau ?

Thu, 30 Jan 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Une première idée, c’est que l’énergie potentielle de l’eau se transforme en énergie cinétique ( ) qui se transforme en chaleur par frottement dans l’air et un peu de bruit en bas de la chute.

Sous vide, 1 kg d’eau qui tomberait de h mètres dégagerait 10.h d’énergie, soit 2.39h , ce qui réchaufferait le kg d’eau de h0.00239 °

Pas terrible comme chauffage, surtout que dans l’air ce sera moins que ça …

Par contre la chute va aussi produire de toutes petites gouttes d’eau qui vont se vaporiser dans l’air en lui empruntant la chaleur de vaporisation, pardon : comme disent les djeunz.

Et là, pour chaque gramme d’eau vaporisée on absorbe 2264.76 Joules à l’air ambiant. Disons qu’il faut 1m3 d’air pour absorber (facilement ) ce gramme d’eau, comme la chaleur volumique, pardon : la vaut 1256 J/(m3.K), votre air va refroidir de 2264.76/1256 = 1.8°

Nettement mieux, le frigo… Et si votre air est très sec et absorbe 5 grammes d’eau par m3, il refroidira de 9°

Pourquoi l'énergie ne peut-elle pas être produite à partir de chaleur puisque l'énergie est de la chaleur ?

Thu, 17 Oct 2019 00:00:00 +0000

Réponse publiée

La chaleur par rapport à quoi ?

La chaleur correspond à un déplacement de particules, pour pouvoir l’exploiter il faut que le dispositif soit plus froid.

Exemple célèbre : la

, un nano-moteur mu par le mouvement brownien:

Là, c’est une bonne maîtrise du qui est nécessaire pour montrer que ces systèmes peuvent fonctionner, mais nécessitent qu’on leur apporte de l’énergie de l’extérieur conformément aux lois susmentionnées. Dans le cas de la roue à cliquet, c’est d’ailleurs Feynman lui-même qui a montré que ce moteur ne fonctionne que si la température T1 est plus élevée que T2, et que la puissance du moteur ne dépasse pas celle prévue par l’

Pourquoi (certains ou pas) les physiciens croient-ils que la somme de l'énergie de l'univers est fixe ?

Sun, 26 May 2019 00:00:00 +0000

Article initialement publié sur

Il faut bien comprendre que . C’est juste un nombre qui reste constant lors des transformations d’un système isolé. Le a démontré mathématiquement que pour toute “symétrie” en physique, il existe un tel nombre.

Par exemple le fait que l’espace est isotrope (= n’a pas de direction particulière) fait que les lois de la physique produisent le même résultat quelle que soit l’orientation d’une expérience dans l’espace. On dit que la physique est “invariante par rotation dans l’espace”, et selon le théorème de Noether il existe alors un nombre qui reste invariant lorsqu’un système isolé tourne : le . Mais il me semble clair que le moment cinétique se calcule, ce n’est pas “quelque chose” qui est “possédé” par le système en question.

L’énergie, c’est exactement la même chose. Si vous faites une expérience maintenant, et que vous la refaites dans 3 mois, vous obtiendrez le même résultat : la physique est “invariante par translation dans le temps” et selon Noether, l’énergie est juste le nombre qui reste invariant lorsque vous translatez le système dans le temps.

L’énergie se conserve donc “par définition”:

pour un système isolé (en gras parce qu’on l’oublie trop souvent)
si la physique est vraiment invariante par translation dans le temps
si la physique peut être décrite par un ou un Hamiltonien

A notre échelle, ces conditions sont remplies. Mais à l’échelle de l’Univers, on ne sait pas. On ne sait pas si l’Univers peut être considéré comme un système isolé (on ne peut pas le mettre dans une boite , comme dit ), ni si la physique était la même pendant le Big Bang, notamment l’ , ni si elle se résume à des Lagrangiens et des Hamiltoniens à l’ .

Mais comme vous le dites bien, il y a des physiciens qui “croient"que oui, et dans ce cas y’a pas photo : l’énergie de l’Univers se conserve depuis l’origine du temps (s’il y en a une) jusqu’à la fin des temps.

Et certains vont plus loin : cette énergie totale pourrait valoir… zéro ! Selon l’hypothèse de l’ , l’énergie gravitationnelle (qui est négative car il faut fournir de l’énergie pour disperser la matière liée par la gravitation) contrebalance l’énergie correspondant à la matière (e=mc^2 est toujours positive) Si c’est le cas, alors l’Univers aurait pu apparaître spontanément d’une du vide…

Deux anecdotes à propos du Grand Albert et de tout ceci:

il a dit que le théorème de Noether était un “monument de la pensée mathématique” et recommandé Emmy Noether (une femme!) à Hilbert en ces mots “La vieille garde à Göttingen devrait prendre des leçons de Mademoiselle Noether ; elle semble maîtriser le sujet !”
quand a expliqué l’Univers à énergie zero à Einstein, il s’est arrêté de marcher au milieu d’une rue pour y réfléchir, et plusieurs voitures l’ont évité de justesse…

Notes de bas de page