L'énergie et la chaleur dans l'atome

PHYSIQUE DES ONDES

ESSAI D'UNE NOUVELLE PHYSIQUE

RUBRIQUE N° 10 L'énergie et la chaleur dans l'atome

Par Paul Bouchard Le 08/12/2015

1) INTRODUCTION

Mon intention, dans cette nouvelle rubrique, était de poursuivre l'étude des lasers en appliquant son principe de fonctionnement à l'atome, ou plus exactement en précisant le rôle intra-atomique de l'électron qui est, suivant la thèse de notre blog ''paulpb eklablog.fr'', la particule de base de la matière et une onde stationnaire mobile, onde double (énergie et structure). Le domaine du refroidissement de l'atome par laser était une des études envisagée. Tout ceci reste notre destination.

La précédente rubrique N°9 a montré comment la mise en résonance des électrons dans la cavité du laser permet d'obtenir un haut débit de fonctionnement et une amplification de la puissance du faisceau lumineux émis. Nous avons vu également qu'il était possible de ''manipuler'' les électrons intra-atomiques pour obtenir de hauts niveaux d'énergie.

Dans la prochaine rubrique N°11 je voudrais, à l'inverse, montrer comment il serait possible aux électrons, en se rapprochant du noyau, de réduire leur niveau d'énergie jusqu’à un niveau fondamental correspondant à la température du zéro absolu. Ce dernier niveau est à rapprocher du quantum de mouvement minimum que notre blog estime une des propriétés fondamentale de la ''substance de l'espace'', telle qu'elle est décrite par Jean-Jack Micalef dans son site ''les nouveaux principes de physique et de métaphysique''.

Auparavant, dans cette présente rubrique N°10, il m'est apparu indispensable d'approfondir notre thèse dans le domaine de l'énergie intra-atomique, dans celui de l'émission et de l'absorption par l'atome de l'énergie de rayonnement. Je reviens donc sur le rôle de la résonance dans la transmission des énergies électriques et magnétiques de notre électron, sur la nature de l'énergie dans l'atome et en particulier sur la nature de la chaleur. L'atome d'hydrogène étudié expérimentalement par les physiciens au 19ème siècle, va être pour nous une base propice de réflexion.

2) L’ÉNERGIE DANS L'ATOME

21) L'électron maître de l'énergie

Nous avons déjà beaucoup parlé, dans les chapitres 4 et 5 au début du blog, de l'électron dans l'atome. Nous l'avons décrit comme une onde de ''type lumière'' transportant l'énergie, structurée par une onde transversale tournante de type magnétique formant une onde stationnaire mobile, faite DE et circulant DANS la substance de l'espace, ayant une forme de disque au repos énergétique, et devenant un vortex dans ses mouvements, ceux-ci étant quantifiés. L'électron-positron est la particule de base de toute matière, y compris celle des nucléons (noyau) de l'atome. La fréquence de rotation de son onde transversale (onde de structure) est celle des ondes radio THF (entre 50 et 500 MHz). Il existe une relation entre la fréquence de son onde de type lumière et l'onde de structure qui la fait tourner ( c'est la même onde). Cette relation est le ''rapport gyromagnétique''.

Celui-ci exprime le rapport entre le quantum de mouvement de son onde énergétique, (le dit photon ) et le quantum de mouvement de son onde de structure (le magnéton de Bohr). Le sens de rotation de l'onde de structure est ''polarisé'', ce qui donne deux particules symétriques, l'électron (-) et le positron (+) .

Le rôle de l'électron dans l'atome est donc de réceptionner, transporter, émettre de l'énergie dite électromagnétique, celle que les hommes et la nature transforment en énergie chimique, mécanique, électrique, thermique, rayonnante, etc. Toutes ces formes d'énergie ont donné lieu à différentes branches de la physique. Leurs bases théoriques ont été développées et fixées par les remarquables physiciens expérimentateurs du 19ème siècle. Adaptées aux besoins de chaque branche, les unités les plus pratiques qui correspondent aux grandeurs à mesurer ont été fixées, assorties de constantes de proportionnalité. Elles ont été déterminées expérimentalement, permettant de les relier aux faits constatés.

Les faits ont justement montré que toutes les formes d'énergie peuvent se transformer entre elles et qu'il était donc nécessaire de relier leurs mesures dans un système commun d'unités. (Voir le post-scriptum N°1 de notre blog). La communauté scientifique a eu beaucoup de mal à réaliser un ensemble qui reste loin de l'idéal, vu la diversité des points de vue, et surtout la différence d'échelle des faits expérimentaux, spécialement lorsque l'on est passé de la physiques macroscopique à la quantique. Max Planck, après la détermination de sa géniale constante (h), a bien établi un ''système de Planck'' dont la base est précisément le quantum de mouvement, et dans laquelle l'électron aurait trouvé une place unitaire avec sa charge (e) sa masse (m) et sa vitesse (c) Malheureusement c'était trop tard pour le généraliser, car il était impossible de remettre en question toutes les unités existant dans chaque branches, d'autant plus qu'une transposition globale en puissance de 10 aurait été indispensable pour une utilisation à l'échelle humaine.

Notons cependant l'usage généralisé de l'électron-volt qui fait partie de ce qui est appelé maintenant le ''système d'unités atomiques''. Je cite Wikipédia : << Les unités atomiques (UA) forment un système d'unités très utilisé pour simplifier les calculs formels ou numériques en physique quantique, notamment en physique atomique. >>

<< Elles consistent à poser égales à ''1'' la constante de Planck réduite (hbar), la masse de l'électron au repos (m), et la constante de la loi de Coulomb multipliée par (e) au carré (où (-e) est la charge de l'électron). >> L'électron est donc devenu tout naturellement pour les physiciens atomistes, (et par obligation pratique), le centre de l'énergie de l'atome et la base de toutes les unités qui concernent la matière et l'énergie.

Le niveau total d'énergie acquis par un électron (sa charge globale) est proportionnel à la fréquence de son onde de type lumière. Cette notion de fréquence (qui est l'inverse de la longueur d'onde), est donc essentielle lorsque il est question d'énergie. Planck et hertz sont les véritables précurseurs de la physique moderne et de la physique quantique qui est en réalité une physique des ondes et non des particules. L'électron est LA véritable onde électromagnétique (électrique et magnétique) de base de la matière.

Cette dernière notion, les physiciens n'ont toujours pas eu l'audace de l'admettre comme une réalité, ni la possibilité de la reconnaître officiellement. C'est l'étude du site de Gabriel Lafrenière ''la matière est faite d'ondes'' qui a été pour moi une révélation, conjointement à celle de la ''substance de l'espace'' de Jean-Jack Micalef que j'ai souvent cité. Cette notion permet la présentation et l'explication des phénomènes physiques de façon plus logique et plus simple que par la physique des particules. Nous allons à nouveau le montrer dans le domaine de l'énergie intra-atomique, et en particulier de l'énergie thermique.

22) L'énergie de rayonnement dans l'atome d' hydrogène

Le fait que ces ondes se trouvent dans une plage de fréquence qui nous est accessible (qui soit visible par l'homme), nous donne un ''pouvoir'' gigantesque, celui d'accéder à la connaissance, à la fois de la matière la plus vaste (les confins des galaxies) et de la plus petite, celle des atomes. Nous avons vu au chapitre (26) de la rubrique N°5 que le monde des électrons est en réalité plus éloigné du notre, que les confins de l'univers ne l'est de notre terre.

Les atomes de chaque élément chimique, de par leurs configurations atomiques différentes, émettent et absorbent les ondes lumière d'un façon qui est propre à chaque élément. Dans le ''spectre'' lumineux qui les traverse, il se produit des ''raies'', noires pour l'absorption, de couleur pour l'émission, qui correspondent à des fréquences bien précises ( ce sont les mêmes dans les deux cas). Ces fréquences sont celles qui ont mis en résonance certains des électrons de l'atome, leur permettant de gravir la ou les marches, puis de les redescendre lorsque l'excitation a cessée.

Comme les configurations électroniques sont toutes différentes, la spectroscopie nous donne, par la précision de la mesure de la position des raies et de leur intensité, de précieux renseignements sur la nature des éléments constitutifs de la matière, aussi bien des étoiles que des atomes. On peut considérer que le travail expérimental effectué à la fin du 19ème siècle dans ce domaine a été à l'origine de la compréhension de la structure de l'atome, de la révolution scientifique qui s'en est suivi et de la physique quantique.

Il faut citer les auteurs et les dates de contributions suivants : Jonas Angström en 1853, Gustav Kirchhoff en 1860, Jacob Balmer en 1885. Jannes Rydberg présenta en 1888 une formule et une constante permettant d'établir une relation entre les fréquences de raies. Cette formule fut appliquée avec succès à l'étude du spectre de l'hydrogène, car son atome, constitué d'un seul proton, se prête particulièrement bien à la recherche d'harmoniques d'un mode fondamental. Le spectre de l'hydrogène est l'ensemble des longueurs d'onde présentes dans la lumière que l'atome d'hydrogène est capable d'émettre.

Plusieurs scientifiques ont consacré leurs recherches à l'étude de l'atome d'hydrogène et de son spectre. Ils ont déterminé expérimentalement les longueurs d'onde des raies données dans les figures et tableaux suivants dont nous indiquons les références des sites internet.

Spectre de l'hydrogène

media4.obspm.fr/public/FSU/pages_spectroscopie/raies-hydrogene-apprendre.html

Apparaissent les noms des scientifiques et les niveaux d'énergie entre lesquels ils ont travaillé. Le niveau 1 correspond au niveau fondamental dont nous avons abondamment parlé. Les autre niveaux (n)= 2,3,4,5,... etc., sont les différents niveaux d'énergie que peut prendre l'électron dans son atome. Le dernier, baptisé ''infini'' correspond à la couche de conduction au delà de laquelle l'électron est sorti de son atome (électron libre, ionisation). Les longueurs d'ondes des séries de raies ont été trouvées expérimentalement par les scientifiques indiqués, elle ont été calculées, en nanomètre, à partir du niveau fondamental par Lyman, à partir du niveau 2 par Balmer, du niveau 3 par Paschen... etc. ( voir le tableau plus loin).

Le point important fixé par Bohr est la valeur de (-13,6) électron-volt trouvé pour l'énergie du niveau fondamental de l'hydrogène. A partir de ce niveau fondamental, pour le calcul des énergies des différents niveaux des électrons dans l'atome d'hydrogène, on applique la formule suivante :

me = 9,10939.10-31 kg ( masse de l'électron )

e0 = 8,85419.10-12 J-1.C2.m-1 ( permitivité du vide )

h = 6,62.10-34 J.s ( constante de Planck )

n = nombre quantique principal ( nombre entier supérieur ou égal à 1 )

e = 1,6.10-19 C ( charge de l'électron )

1 eV = 1,6.10-19 J

Le calcul donne : En = -13,6/n² eV A l'état fondamental n = 1 donc:

E = -13,6 eV

Les valeurs en longueurs d'onde des rayonnements absorbés ou émis entre les différents niveaux (n) sont définis par la formule (et la constante) de Rydberg qui est la suivante :

ou lambda est la longueur d'onde dans le vide, RH est la constante de Rydberg de l'hydrogène, n1 et n2 sont des nombres entiers tels que n2 est plus grand que n1. Les autres formules et constantes telles que celles de Planck, la théorie de Bohr et l'équation de Schrödinger, ont permis de ''cadrer'' tous les résultats expérimentaux et de fixer, pour l'atome d'hydrogène, les niveaux énergétiques que l'électron peut acquérir à l’intérieur de son atome. Ils sont donnés ci dessous en électron-volt.

n	1	2	3	4	5	6
E(eV)	-13,6	-3,4	-1,51	-0,85	-0,54	-0,38

Les énergies de transition des divers niveaux énergétiques sont données en Joule par le moyen de la formule suivante :

Dans le tableau suivant il est indiqué (de gauche à droite), (A)= Échelle énergétique en électron-volt (B)=Les niveaux (n) d'énergie électronique. (C)=Les valeurs en nanomètres des rayonnements émis ou absorbés pour chacune des séries, Lyman dans l'UV, Balmer dans le visible, Paschen et Brackett dans l'infrarouge. (D)= Nom des couches électroniques. (E)= Échelle des longueurs.

Tableau des longueurs d'onde de transition entre les niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène.

http://www.uqac.ca/chimie_ens/Physique_atom/Chap_htm/CHAP_5.html

(A) (B) (C) (D) (E)

Pour notre thèse, ce ne sont pas les énergies de transition entre les niveaux qui ont de l'importance, mais, pour la mise en résonance, les niveaux eux-mêmes, évalués en fréquence, en Hertz et en partant du niveau fondamental d'énergie supposé égal à zéro. Voici le tableau des niveaux énergétiques de l'électron dans son atome d'hydrogène dans différentes unités, sous réserve des bonnes conversions d'unités et d'avoir adopté les constantes et coefficients nécessaires.

Niveaux d'énergie de l'électron d'un atome d'hydrogène

Niveau d'énergie (n)	Énergie en électron-volt	Énergie en Joule x 10 puissance -18	Fréquences en Hertz x 10 puissance 15	Longueur d'onde en nanomètre
Ionisation	13,59	2,18	3,29	91,2
n=6	13,22	2,12	3,2	93,8
n=5	13,05	2,09	3,16	95
n=4	12,74	2,04	3,08	97,2
n=3	12,09	1,93	2,92	102,6
n=2	10,19	1,63	2,46	121,6
n=1 fondamental	0	0	?	?

J'espère pouvoir préciser ce qui se passe au niveau fondamental lors de notre prochaine étude de l'atome froid. Le fait que l'énergie de chaque niveau soit inversement proportionnelle au ''carré'' du numéro de l'orbite (n = 1,2,3,4...etc.) (nombre quantique principal) suggère un rapprochement avec les modes de vibration des ondes sonores (voir le tableau des harmoniques, rubrique N°6, chapitre 351). Dans ce dernier cas la fréquence des harmoniques est proportionnelle à son numéro d'ordre. Pour expliquer la différence de règles entre les ondes sonores et les électrons (ondes électromagnétiques) on peut avancer plusieurs propositions : la vitesse des ondes est différente (air, substance de l'espace, milieu intra-atomique) ; L'électron de l’hydrogène qui tourne seul sur son orbite autour du proton central, possède une charge négative inversement proportionnelle au ''carré'' du rayon de l'orbite ; Intervention de l'énergie de l'onde transversale de structure ( onde magnétique, spin) ; Les lois de l'électrostatique qui règlent la circulation des électrons sur leurs orbites, entraînent l'existence d'harmoniques sphériques.

23) Rôle de l'onde de structure de l'électron

Dans notre thèse, l'électron n'est pas une ''sphère'' chargée qui tourne sur son orbite autour du noyau de l'atome, mais une onde énergétique (celle dont nous venons de parler pour l'atome d’hydrogène) qui est ''matérialisée'' par son onde de structure transversale (c'est la même onde qui tourne comme un vortex). L'influence de cette dernière onde apparaît lorsque le spectre de l'hydrogène est étudié avec un spectrographe de haute résolution. Les raies ont tendance à se dédoubler, ce que l'action de l'onde de structure peut expliquer, mais pas la théorie particulaire classique. Je cite Wikipédia :

<< Si la théorie de Bohr permet d'expliquer la formule de Rydberg-Ritz, et l'existence de spectres de raies pour les atomes, elle le fait au prix d'une hypothèse ad hoc difficilement conciliable avec la théorie classique. Si l'expérience de Franck et Hertz apporte dès 1914 une confirmation expérimentale du modèle de Bohr, et malgré l'amélioration de celui-ci par Sommerfeld pour tenir compte d'orbites elliptiques, et expliquer en partie l'existence de la structure fine du spectre de l'atome d'hydrogène mise en évidence expérimentalement, les difficultés conceptuelles demeurent et ne seront résolues qu'avec le développement de la mécanique quantique dans les années qui suivront. L'atome d'hydrogène est aujourd'hui celui pour lequel la théorie quantique arrive à décrire le spectre avec la plus grande précision, en plein accord avec l’expérience. Son étude est indispensable pour aborder la théorie des atomes à plusieurs électrons ainsi que celles des molécules, en permettant d'introduire de nombreux concepts fondamentaux en physique atomique et en chimie (cf atomistique), en particulier la notion centrale d'orbitale atomique. >>

L'influence de l'onde de structure sur l'onde énergétique de l'électron (c'est la même qui tourne) fera l'objet, dans la prochaine rubrique, d'un chapitre consacré au rôle du champ magnétique dans le refroidissement de l'atome. L'étude des niveaux d'énergie dans les atomes ayant plusieurs électrons que nous allons faire ci-dessous montre que la théorie quantique marche bien, comme pour l'atome d'hydrogène, pour les éléments ayant peu d'électrons. Les 3 premières orbites, près du noyau, se remplissent normalement suivant la règle quantique, les électrons étant ''loin'' les uns des autres. A partir de l'argon (18 électrons), la règle principale commence à être perturbée et la physique quantique a dû faire intervenir de nouveaux ''nombres'', sous-orbites, et autres ''astuces'', qui marchent de moins en moins au fur et à mesure que le nombre d'électrons devient élevé. A mon sens, la ''faute'' en revient à notre onde de structure (spin) des électrons qui perturbe la belle ''mécanique'' quantique.

On touche donc à nouveau ici au domaine de la ''mécanique quantique'' avec les notions de ''densité de probabilité de présence'', de ''théorie quantique des champs'', de ''non commutation de l'opérateur position et de l'opérateur impulsion'', de ''saturation des inégalités d'Heisenberg''. Nous avons déjà dit que cette physique mathématique se substitue à la réalité ondulatoire, du fait que la physique théorique actuelle se refuse à admettre que la matière est faite d'ondes et que la substance de l'espace est une réalité. Poursuivons donc notre étude ''simpliste'' de l'énergie des atomes à plusieurs électrons sans aborder la ''mécanique quantique'' et en partant seulement des concepts de base qui ont permis le développement de la physique quantique jusqu'en 1925.

24) Les niveaux d'énergie dans les atomes ayant plusieurs électrons

A la fin du 19ème siècle, il devient évident que les propriétés physiques, thermiques, chimiques puis électriques des divers éléments existant dans la nature sont liées à la configuration électronique des atomes de ces éléments, c'est à dire à l'énergie électromagnétique. Nous avons déjà beaucoup parlé dans le blog et la rubrique N°4 de l'historique des découvertes qui ont permis d'accéder à la connaissance des configurations électroniques de tous les éléments chimiques connus ( et même de ceux que l'on a découvert postérieurement). Je tiens à citer à nouveau l'importance de l'idée originale et géniale de Mendeleïev et de son classement des éléments chimiques par numéro atomique croissant (par nombre croissant d'électrons), ce qui a mis en évidence des colonnes d'éléments ayant des propriétés chimique et physiques similaires.

Ce ''tableau périodique des éléments'' a été complété et amélioré à la suite des découvertes progressives d'éléments nouveaux. La conception par Rutherford d'un atome ayant un noyau central et des orbites sur lesquelles se placent les électrons, fut reprise par Niels Bohr qui profita des découvertes de Planck pour réaliser le grand rapprochement entre le modèle de l'atome, la théorie des quanta et les données expérimentales de la spectroscopie. L'essentiel de la ''physique quantique'' était née (entre 1913 et 1922).

Le remplissage des orbites atomiques par les électrons se fait suivant des règles de bases qui sont simples jusqu'à l'argon qui est le 18ème élément. Ses 18 électrons se répartissent sur les orbites électronique comme les 17 éléments précédents de la façon suivante :

La 1re couche (K) (n=1) la plus près du noyau ne peut comporter que 2 électrons

La 2ème couche (L) (n=2) ne peut comporter que 8 électrons

La 3ème couche (M) (n=3) porte les électrons restants (8 pour l'argon)

A partir du potassium, élément N°19, la règle se complexifie car il faut tenir compte de sous-couches et des nombres quantiques tels que Wikipédia l'explique ci-dessous. La règle des nombres quantiques principaux (n) reste valable pour le nombre maximum d'électrons par couche en appliquant la formule : nombre maximum d'électrons = 2n2. (2 multiplié par n au carré)

Couche (K) (n=1) capacité maximum = 2

Couche (L) (n=2) '' '' = 8

Couche (M) (n=3) '' '' = 18

Couche (N) (n=4) '' '' = 32

Couche (O) (n=5) '' '' = 50

etc.

Je cite Wikipédia :

<< L'état d'un électron dans un atome peut être déterminé, en première approche, par la donnée de quatre nombres quantiques : n, l, ml et ms. Les trois premiers fournissent les propriétés de l'orbitale atomique dans laquelle se trouve l'électron en question :

* Le nombre quantique principal, noté n, est un entier naturel non nul.

* Le nombre quantique secondaire (ou azimutal), noté l, peut prendre n'importe quelle valeur entière dans l'intervalle [0 ; n-1] ; il est lié à la quantification du moment angulaire de l'orbitale.

* Le nombre quantique magnétique, noté ml, ou plus simplement m, peut prendre n'importe quelle valeur entière comprise dans l'intervalle [ – l ; l ] ; il est lié à la quantification de la projection du moment angulaire sur un axe particulier.

* Le nombre quantique de spin, noté ms, ou plus simplement s, ne peut prendre que les valeurs -1/2 ou 1/2 (états parfois appelés up et down) ; le spin est une propriété intrinsèque de l'électron et est indépendant des autres nombres quantiques. >>

Voici un exemple tiré de Wikipédia, qui montre comment se fait le remplissage des électrons sur la couche N°5 du nombre quantique principal (n = 5)

<< Voici la configuration électronique d'une couche ( n=5) remplie :

Couche Sous Orbitales Type maximum

couches d'orbitale d' électrons

n = 5 l = 0 m = 0 s 2

l = 1 m = -1, 0, +1 p 6

l = 2 m = -2, -1, 0, +1, +2 d 10

l = 3 m = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 f 14

l = 4 m = -4, -3 -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4 g 18

Total : 50 électrons maximum

Cette information peut être notée ainsi : 5s2 5p6 5d10 5f14 5g18 >>

Les configurations électroniques des atomes sont entièrement reliés à la place de l'élément dont ils font partie dans la structure de la table périodique des éléments. Mais les propriétés chimiques et électriques d'un atome sont largement déterminées par l'arrangement des électrons dans les couches externes, couche de valence et couche de conduction. Nous avons étudié cela dans la rubrique N°3 qui concernait les supraconducteurs.

<< Dans un solide, les états électroniques deviennent très nombreux. Ils cessent d'être discrets, et se mélangent ensemble en une étendue continue d'états possibles, comme la bande de valence ou la bande de conduction. La notion de configuration électronique cesse d'être pertinente, et laisse la place à la théorie des bandes. >>Wikipédia. Nous dirons plutôt ''aux possibilités de mise en résonance des électrons des bandes périphériques des atomes''.

3) LA CHALEUR DANS L'ATOME

31) Introduction

Si les propriétés chimiques et électriques des éléments sont largement tributaires des ''bandes'' périphériques de leurs atomes (voir rubrique N°1, chapitre 8, règle de l'octet), L'énergie interne à l'atome est, en dehors du noyau, le domaine presque exclusif de l'énergie thermique. La théorie particulaire dira que cette énergie est crée par le ''frottement'' des électrons, des atomes, des molécules, elle se lancera donc dans le calcul des probabilités de rencontre des boules sur la table du ''billard'' électronique des atomes. Pour nous les règles de mise en résonance sont plus simples, mais par contre, il faut tenir compte du caractère ''évanescent'' des ondes. La chaleur possède précisément ce même caractère.

32) Définition de la chaleur

Nous allons donc définir, dans l'optique de la physique des ondes, la notion de chaleur intra-atomique et envisager son mode de circulation intra-atomique et sa transmission entre atomes. Je cite à ce sujet Wikipédia :

<< Un transfert thermique, appelé plus communément chaleur, est un transfert d'énergie microscopique désordonnée. Cela correspond en réalité à un transfert d'énergie thermique entre particules, au gré des chocs aléatoires qui se produisent à l'échelle microscopique.... Au 19ème siècle, la chaleur est assimilée à un fluide : le calorique. Les progrès et les succès de la calorimétrie imposent cette théorie jusqu'au milieu du 19ème siècle....Ce n'est qu'avec l'avènement de la thermodynamique statistique que la chaleur sera définie comme un transfert de l'agitation thermique des particules au niveau microscopique. Un système dont les particules sont statistiquement plus agitées présentera une température d'équilibre, définie à l'échelle macroscopique, plus élevée. La température est donc une grandeur macroscopique qui est le reflet statistique des énergies cinétiques des particules à l'échelle microscopique. Au cours de chocs aléatoires, les particules les plus agitées transmettent leurs énergies cinétiques aux particules les moins agitées. Le bilan de ces transferts d'énergies cinétiques microscopiques correspond à la chaleur échangée entre des systèmes constitués de particules dont l'agitation thermique moyenne est différente. >>

Ce ''transfert d'agitation'', dû à des chocs aléatoires de particules microscopiques désordonnées, n'est pas très scientifique, pas plus que le ''transfert de grains d'énergie'' ou l'existence d'une ''puissance de rayonnement''. Je préfère notre explication de mise en résonance entre ondes de type lumière à une fréquence bien précise et quantique, entre lumière et électron, entre électrons d'atomes différents ou électrons du même atome. L'accord à cette fréquence se faisant au niveau supérieur d'énergie si celle-ci est suffisante et continue. Lorsque l'accord cesse, l'électron récepteur retombe à son niveau d'énergie primitif en émettant la différence d'énergie acquise sous forme d'onde lumière dont la fréquence est celle acquise au niveau supérieur.

33) Unités de chaleur. Le zéro absolu

L'échange de chaleur est donc un échange d'énergie, quantum par quantum. Comme pour tout niveau d'énergie, il a été déterminé une unité et une échelle de mesure. Au niveau de l'atome c'est le Kelvin qui est utilisé. Le kelvin est une mesure ''absolue'', théorique et limite de la température, en relation avec le 3ème. principe de la thermodynamique. Il a pour base le ''point triple de l'eau'' qui est le point de rencontre des états liquide, solide, gazeux de l'eau sur le diagramme d'état ''pression température'', (en ce point, l'eau se trouve dans les trois états à la fois).

Le point triple de l'eau est à : T = 273,16 K (soit 0,01 °C) et P = 611 Pascal (soit 0,006 atm).

Ce zero absolu = zero K = (-273,15°Celsius) n'est qu'une base choisie pour un ''raccordement'' à l'échelle de température Celsius, (basée sur les propriétés de l'eau) qui est d'une utilisation pratique et généralisée. La véritable définition de la température est thermodynamique. Pour cette définition, le mieux est encore de citer Wikipédia :

<< La température thermodynamique est une mesure absolue parce qu’elle traduit directement le phénomène physique fondamental qui sous-tend la température : l’agitation des particules constituant la matière. Son point origine, ou zéro absolu, correspond à l’état de la matière où ces particules ont une agitation minimale et ne peuvent plus être refroidies. >>

<< Simplement dit, la température traduit l’énergie cinétique des constituants de la matière (atomes et molécules). L’agitation cinétique, l’énergie potentielle de particules ainsi que certains autres types d’énergie de nature quantique emmagasinent l’énergie interne dans la matière : l’énergie interne totale que renferme un corps y est répartie entre diverses formes physiques de stockage, mais seule l’énergie cinétique se traduit sous forme de température. La température thermodynamique se mesure en kelvins et son origine (T = 0) correspond à l’état physique où les particules (atomes et molécules) ont une énergie cinétique nulle. >>

Cette température du zéro absolu correspond à la notion de mouvement minimum et à donc un rapport avec le fameux quantum de Planck-Einstein, base de la physique quantique. Il peut également être mis en rapport avec le ''niveau d'énergie fondamental'' de l'électron dans l'atome. Ce niveau d'énergie minimum, qui, me semble-il, devrait-être identique pour tous les atomes, pourrait également servir de base à la mesure des fréquences, et même des températures. J'espère être capable de préciser ces idées lors de la rédaction de mon étude suivante de l'atome froid, prévue dans la prochaine rubrique. Nous renvoyons nos lecteurs à la rubrique N°3 traitant de la supraconduction aux chapitre 31 et 32 pour avoir plus de renseignements sur le zéro absolu.

34) Transmission de la chaleur

Pour nous, la chaleur n'est donc ni un fluide ni une ''agitation'' mais un échange d'énergie (de mouvement) entre ondes de type lumière et ondes électromagnétiques (les électrons). Cette énergie de type lumière, que nous venons d'étudier dans l'atome d'hydrogène et de tous les autre éléments, est donc de même nature que l'énergie thermique. On appelle cette dernière ''chaleur'' car la fréquence des ondes émises par la masse des atomes ''chauffants'' se situe dans l'infrarouge. Nous humains, ne ''voyons'' pas ces ondes, mais on les ''ressent''. Ce sont des ondes ''chaudes'' alors que les ultra-violets sont des ondes ''froides'', mais ces dernières nous ''brûlent'' aussi !!!

C'est donc toujours les mêmes ondes, avec leurs propriétés, leurs unités, leur mode de transmission par mise en résonance de fréquences, qui gèrent toute la matière, aussi bien cosmologique macro ou microscopique que quantique. L'unité de fréquence, le hertz, relié à une durée (seconde) et à une longueur d'onde (mètre) pourrait donc être, avec ses puissances de 10 négatives, une base essentielle pour quantifier le niveau de l'échange d'énergie entre matière et rayonnement. Le coefficient de proportionnalité est, nous l'avons vu, la constante de Planck qui représente l'énergie minimum par unité de temps qu'il est nécessaire de fournir à l'électron pour passer d'un niveau d'énergie à l'autre dans son atome (le quantum minimum d'action). Celui-ci n'est pas une particule (un photon) qui vient ''choquer'' un électron (bille de matière) pour augmenter sa ''charge'', comme, soi-disant, l'a dit Einstein, mais la différence d'énergie fournie par l'onde lumière à un électron qu'il peut mettre en résonance. Autrement dit, c'est le ''gap'' de fréquence à franchir, c'est l'énergie que fournit l'onde à l'électron pour lui faire gravir la marche de fréquence qui les sépare. Lorsque cesse l'excitation (mise en résonance) de l'électron par une onde de type lumière, il retombe à son niveau d'énergie primitif, en émettant une onde-lumière dont la fréquence correspond à la différence d'énergie qu'il a acquise. C'est toujours le même processus que nous retrouvons dans tous les phénomènes énergétiques.

4) CONCLUSION

La prochaine rubrique est, nous l'avons dit, destiné à l'étude des lasers atomiques utilisés pour le refroidissement des atomes. C'est un domaine relativement nouveau, pour moi bien sur, qui le découvre dans le même temps que ma rédaction. Je ne procède finalement qu'à une analyse de textes, à leur rassemblement pour en faire une synthèse dans une rédaction la plus compréhensible possible, ce qui me permet d'approfondir le sujet. Je contrôle constamment la définition des termes en essayant d'éviter les lapsus. Je réinterprète alors tous les textes en fonction de mes hypothèses de base. Mis à part les copies (surtout de Wikipédia) que je signale par << >>, tableaux et schémas dont le site d'origine est indiqué, je porte entièrement la responsabilité de mes écrits. Cependant je ne sais jamais à l'avance si je vais pouvoir arriver au but que je me suis fixé. C'est pour moi à chaque épisode un ''challenge'' excitant et qui a l'avantage d'entretenir mon cerveau.

Je constate actuellement une moyenne de 10 visites par jour sur mon site, (2854 à ce jour) mais j'ignore totalement qui peut s'y intéresser ne recevant aucune sorte de commentaire. Quelques critiques seraient sûrement nécessaires... et bienvenues.

Adresse mail : paulpb@free.fr Merci.