Question sur l'énergie.

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Question sur l'énergie.

Message par alraune_tenbrinken le Sam 7 Jan - 19:49

Bonsoir. J'ai un peu de mal avec le concept. Comme quoi on ne peut créer de l'énergie ni la détruire. Or quand on fait un barbecue, la chaleur, elle se perd bien ? Elle ne dure pas éternellement. Si je rapproche cela du fait que la température est juste une agitation des atomes, alors cette agitation diminue et fini bien par disparaître ? Ou il y a un truc qui m'échappe ?
Ou par exemple le fait qu'on ne peut pas la stocker éternellement, des piles ne fonctionnent plus si on les a depuis 10 ans ?

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Re: Question sur l'énergie.

Message par Admin le Sam 7 Jan - 20:45

C'est assez long a expliquer, je vais commencer par une explication simple.

Ces transformations sont régies par les deux règles suivantes :
la quantité d'énergie totale dans l'univers est constante,
l'énergie peut être transformée mais ni créée ni détruite.
Ce qui revient à la célèbre maxime de Lavoisier : Rien ne se perd, rien de se crée.

Dit comme ça on peut en effet se poser des questions; voyons quelques exemples :

Une ampoule électrique à incandescence :
on l'alimente avec de l'énergie électrique
elle va produire de la lumière et de la chaleur.
La quantité d'énergie contenue sous forme d'onde lumineuses et de chaleur correspond exactement à la quantité d'énergie électrique consommée par l'ampoule.
L'ampoule n'est donc que un convertisseur d'énergie elle a converti un type d'énergie (courant électrique) en une autre énergie lumière et chaleur.

Un autre exemple : un moteur de voiture :
on alimente le moteur au moyen de deux constituants :
l'oxygène contenu dans l'air et de l'essence.

Le moteur de la voiture va convertir la combustion de l'essence et de l'oxygène en :
une force motrice (énergie mécanique) ce qui est le but recherché
de la chaleur (ce sont les pertes).
Le total énergie mécanique plus énergie calorifique correspond là encore exactement à l'énergie qui était contenu dans le carburant et le comburant (essence + oxygène)

le premier principe de la thermodynamque affirme que l'énergie se conserve.
L'énergie ne peut ni se créer ni se détruire mais uniquement se transformer d'une forme à une autre (principe de Lavoisier) ou être échangée d'un système à un autre (principe de Carnot).

Prenons un autre exemple :
Un adulte au repos dissipe une chaleur d'environ 70 watts, soit autant qu'une ampoule conventionnelle. L'énergie ainsi dissipée chaque jour correspond à environ 1 400 kilocalories, qui doivent être compensées par un apport énergétique quotidien provenant de la ration alimentaire.
Là encore c'est une conversion intégrale, l'énergie contenue dans les aliments sera convertie en d'autres formes d'énergie par le corps humain mais de toute façon le bilan de conversion sera toujours égal. Dans la nourriture l'énergie est stockée sous forme d'énergie chimique, nous la convertissons en différentes formes d'énergie (chaleur, mouvement musculaire, transformation des aliments etc).


L'exemple des piles électriques que tu cites : "des piles ne fonctionnent plus si on les a depuis 10 ans ?"
Dans une pile électrique classique pile de 1.5V par exemple, l'énergie est stockée sous une forme chimique. C'est une réaction chimique qui va produire de l'électricité.
le fait que après plusieurs années la pile ne fonctionne plus fait évidemment se poser la question : mais ou l'énergie électrique est elle donc passée ?
En fait là encore rien n'est perdu !
Quand tu utilises une pile en bon état, tu vas consommer de l'énergie électrique produite par une conversion : énergie contenu dans une réaction chimique en énergie électrique. Mais un pile n'est pas un système parfait !
Même en l'absence d'utilisation des réactions chimiques très faibles se produisent et ce lentement. En fait même sans l'utiliser la réaction chimique continue de se produire très faiblement, produisant alors une énergie électrique très faible qui circule dans la pile. Rien n'est perdu !

Mais pour aller plus loin dans les explications il faudrait entrer dans le détail des lois de la thermodynamique par exemple.
Et là cela devient assez complexe.

Quelques pistes à propos de ton problème du barbecue toujours version simpliste.
Ton barbecue est alimenté avec du bois ou du charbon de bois. En utilisant le barbecue tu vas brûler ce combustible. Et là encre c'est une conversion d'énergie.
le bois ou le charbon de bois contient une énergie qui par la combustion se transforme en une autre énergie.

En brulant du bois tu produit de la chaleur qui n'est autre que du rayonnement infrarouge c'est donc un rayonnement d'onde électromagnétique.
Du reste une partie de ce rayonnement se trouve dans le domaine visible, la lumière rouge produite par les braises, la lumière produite par les flammes.
Le reste mais qui est strictement du même ordre c'est des ondes électromagnétiques dans un domaine invisible pour nous les infra rouges. Mais c'est la même énergie.

Maintenant prenons le problème inverse. Ce bois que tu utilises il ne vient pas de rien ! la plante tire des constituants du sol et réalise une transformation chimique pour transformer ces constituants en du bois. Et quelle énergie utilise la plante pour réaliser cette transformation ? La lumière ! La plante utilise la photo synthèse pour transformer des constituants chimiques en d'autres constituants chimiques nous somme d'accord.

Ce faisant la plante à donc consommé de l'énergie lumineuse pour réaliser cette transformation !
Lorsque tu fais brûler ce bois dans le barbecue tu vas restituer cette énergie sous forme de lumière (les flammes) et sous forme de chaleur (rayonnement infrarouge)
Pour faire simple tu restitue l'énergie lumineuse que la plante a absorbé durant sa croissance, en exactement la même énergie mais à des longueurs d'onde différente.
Là encore rien n'est crée ni perdu.

Je ne sais pas si mes explications sont claires et convaincantes. Comme je l'ai dit pour expliquer cela de manière précise il faut faire appel à des notions de thermodynamique et notamment comprendre le principe de Carnot et de Lavoisier, ce qui implique des calculs et des formules assez indigestes mais inévitables si on veut comprendre le principe de la conservation de l'énergie.

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Re: Question sur l'énergie.

Message par Pierre le Sam 7 Jan - 22:36

Adriana a très bien expliqué tout cela en détail, et comme elle dit il serait difficile de donner à ces explications une rigueur absolue sans entrer dans des considérations théoriques très compliquées. 

Un homme nommé Ludwig Boltzman a passé des dizaines d'années à manipuler des concepts mathématiques liés à ces questions, mais malheureusement il a été très incompris de ses contemporains, et ça l'a plongé dans une dépression grave et (comme d'autres) il a malheureusement mis fin à ses jours.  C'est le mythe d'Icare : celui qui cherche à connaitre toute la vérité finit par être anéanti... 

Sur sa tombe est gravée la formule mathématique qui prouve sans discussion que l'énergie ne peut que circuler selon certaines lois, mais jamais disparaître. 

Le profond mystère de la question est que l'univers tout entier existe avec une certaine quantité d'énergie, on a du mal à definir exactement ce qu'elle est, on ne sait pas d'où elle vient, et on n'imagine pas facilement ce qu'elle va devenir. 

Mais pour les questions simples (en apparence) que tu poses, le bon sens commun répond :  Quand tu as fini ton barbecue, la chaleur qui était "en conserve" dans le charbon a été libérée est est partie dans l'air, et donc la Terre s'est réchauffée, un peu...  

Si tu multiplies ça par les millions de fois chaque jour que quelqu'un brûle du charbon (ou autrechose), le résultat est que la Terre va inexorablement se réchauffer, la suite, tu la connais...
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Re: Question sur l'énergie.

Message par alraune_tenbrinken le Dim 8 Jan - 2:19

S=k.log W
Ok j'ai compris.

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Re: Question sur l'énergie.

Message par Mercure le Dim 8 Jan - 6:32

Je pense  qu 'il est utile, après toutes ces explications détaillées d' Adriana et de Pierre, d'introduire un terme incontournable en thermodynamique à savoir l' "entropie " , mais c'est juste un supplément à leur réponse !
Du fait des collisions entre molécules, l'énergie d'un corps tend à être répartie de manière la plus aléatoire possible. Le désordre sur la position et la vitesse des molécules tend à être le plus grand possible. 
L" entropie  " sera la mesure de ce désordre .En l'absence d'échange d'énergie avec l’extérieur l'entropie  d'un corps ne peut qu' augmenter , et c'est, par exemple  le cas de l 'entropie de l' Univers. L'entropie atteindra son maximum lorsque l’équilibre sera atteint.
Une transformation (" rien ne se crée, rien ne se perd, tout se transforme" ) qui engendre de l 'entropie est dite irréversible , il est alors impossible de revenir à la situation antérieure.On ne peut que tendre vers des transformations réversibles mais sans jamais les atteindre.
L' Univers entier devrait un jour finir dans le froid absolu . C'est le spectre de la mort thermique de notre Univers .
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Re: Question sur l'énergie.

Message par alraune_tenbrinken le Dim 8 Jan - 14:42

Merci Mercure.

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L'énergie ? Vaste question !

Message par Tchernobilly the kid le Dim 8 Jan - 18:18

On tente une définition ?

C'est ce qui, en se transformant, fait que rien n'est figé, que tout se transforme, sans que « rien ne se crée ni se perde » (1er principe de la thermodynamique) :
L'énergie d'un système fermé est constante, c'est le transfert d'énergie entre deux systèmes qui fait littéralement « marcher la machine » (à vapeur Surprised), tout en dégradant l'énergie de la source « haute » vers une forme d'énergie moins « noble », l'énergie thermique.

Le second principe, lui, introduit l'entropie, une grandeur difficile à comprendre et même simplement à interpréter … meure du désordre, dit-on. Attention danger ...
Un système fermé ne peut voir son entropie qu'augmenter au fil des transformations (2ème principe de la thermodynamique) et de la dégradation de l'énergie.

Au niveau de l'Univers, système fermé puisque « par définition » l'Univers est « le tout », on part d'une énergie primordiale inimaginable au big bang pour aller au bout de 10^xx milliards d'années vers un univers mort, uniforme, dilué, dégradé … L'entropie de l'Univers qui ne peut qu'augmenter est assimilée par certains à la flèche du temps, à sens unique (et ça me plait assez).


Alors pourquoi dis-je « danger » ?
La notion d'ordre/désordre est fortement ambigüe. On devrait plutôt parler d'organisation et de chaos !
Exemple :
L'organisation de la matière dans ce qui fait la vie (auto-organisation, même) est du point de vue du 2ème principe, ce que je-ne-sais-plus-qui a appelé « un îlot d'entropie négative dans un océan d'entropie positive », une anomalie ? Transitoire, quoi qu'il en soit, elle finit toujours en poussière et rentre dans l'augmentation de l'entropie de l'Univers, le chaos, l'absence de plus en plus forte d'information fournie par l'Univers sur son état (tiens, v'là Shannon ! ;o), alors qu'à l'inverse, l'ADN, par exemple, contient de l'information et augmente sa quantité au fil de l'évolution, de la diversification et contribue ainsi à créer - localement - de la néguentropie.


Je viens d'aller à la pêche.
Il y a quelques années, à une époque où il y avait encore des questions intéressantes sur Q/R Rolling Eyes
[Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]
j'avais répondu ceci :

…..................

L'ordre est un terme un peu trompeur et source d'incompréhension.
La vie, ce n'est pas l'ordre, c'est la complexité, la diversité. C'est ça son côté néguentropique. La néguentropie, c"est l'improbable d'une molécule à l'architecture complexe (ADN par exemple). Il faut beaucoup d'information (au sens de Shannon) pour la définir, pour l'organiser.


L'augmentation globale de l'entropie, c'est l’indifférenciation (en thermodynamique la dégradation de l'énergie) ; l'indifférenciation des grains de sable est une forme d'entropie maximum. Le niveau d'information apporté par cette redondance est nul ...
Mais la vie n'est qu'une petite goutte (non isolée, sinon ça ne marcherait pas !) dans un océan voué au nivellement général ; les petites bulles d'entropie négative sont éphémères et "retourneront en poussière", dans le mouvement général.


En prime, une bonne lecture ?
[Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]

…................

En guise de vulgarisation amusante, mais restant juste, je te propose ceci, produit par la Cité des Sciences de La Vilette :



Tu peux aussi voir la suite (sujets liés comme le mouvement perpétuel), je ne mets que ce lien pour ne pas étaler mon message inutilement :
[Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]

Et en moins fantaisiste, ceci, bien foutu, pour comprendre l'entropie :
[Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]


NB : Ta question a naturellement dévié de l'énergie vers l'entropie, c'est cette dernière qui décrit les échanges d'énergie.
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Re: Question sur l'énergie.

Message par Admin le Dim 8 Jan - 18:36

Je reviens sur la question initiale d'Alraune ou tu écris "Ou par exemple le fait qu'on ne peut pas la stocker éternellement"

Mais si ! on peut bien sur stocker quasi éternellement l'énergie. Un exemple par électrolyse on va séparer les deux constituant d'un bocal contenant de l'eau (H2O)
on va obtenir 2 volumes d'hydrogène pour un volume d'oxigène.
Si l'on enferme ces deux gaz dans deux bouteilles étanches on va stocker cette énergie quasi éternellement !
quasi car il faut que les récipients soient étanches.

en recombinant l'oxygène et l'hydrogène on récupérera l'énergie (à ne pas faire chez soi car la recombinaison est explosive lol).

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Re: Question sur l'énergie.

Message par Pierre le Dim 8 Jan - 20:50

Eh bien moi je reviens sur la question initiale à propos de l'agitation des atomes (qui n'est qu'une forme d'énergie parmi beaucoup d'autres).  Non, l'agitation ne finira pas par se calmer totalement, c'est impossible. 

L'agitation des atomes ne fait que s'égaliser entre tous les atomes de l'Univers, donc l'agitation des atomes les plus turbulents ne diminue que parce qu'ils agitent ceux qui sont plus calmes. 

On sait bien que la chaleur va spontanément du chaud vers le froid.  On ne peut rien refroidir indéfiniment (au zéro absolu) parceque alors la chaleur de ce qui se trouve autour revient vers le corps le plus froid, et le réchauffe. 

On sait bien que si on oublie une tasse de thé, elle va refroidir, mais jamais elle ne deviendra spontanément plus froide que l'air qui l'entoure. Si on oublie un sorbet, il va se réchauffer... 

J'en profite que j'ai le micro pour faire remarquer que j'ai construit le verbe réchauffer en mode réflexif, et pas le verbe refroidir.  Pourquoi ? Mystère...
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Re: Question sur l'énergie.

Message par Admin le Dim 8 Jan - 21:45

Merci Pierre pour ce complément "brownien" bien utile.
réflexif ou pas réflexif. Ah quand le pronominal s'installe puis déménage....
Sur ce je te rends le micro en notant que la propagation semble réduite en ce moment vu le nombre réduit de QSO sur le forum.

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Re: Question sur l'énergie.

Message par Pierre le Dim 8 Jan - 23:53

La propag, ça va, ça vient....  Il y a eu quand même une tempête de bulles assez récemment, et ça on sait que ça cause des anomalies assez prévisisbles... 

Sinon, je peux encore ajouter que l'immobilité absolue des atomes est impossible, parceque ça conduirait à pouvoir déterminer à la fois la position des atomes, et leur vitesse (nulle !) en violation du principe d'indétermination de Heisenberg...    donc le zéro absolu ne peut être atteint pour cette raison également. 

Il y a donc l'énergie du vide. Qui ne peut pas disparaitre non plus. Et là on atteint un domaine où les calculs sont manifestement faux. Et de beaucoup.  Mais c'est une autre histoire.
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Re: Question sur l'énergie.

Message par Tchernobilly the kid le Lun 9 Jan - 9:50

Pierre a écrit:Eh bien moi je reviens sur la question initiale à propos de l'agitation des atomes (qui n'est qu'une forme d'énergie parmi beaucoup d'autres).  Non, l'agitation ne finira pas par se calmer totalement, c'est impossible. 

L'agitation des atomes ne fait que s'égaliser entre tous les atomes de l'Univers, donc l'agitation des atomes les plus turbulents ne diminue que parce qu'ils agitent ceux qui sont plus calmes.

Tout à fait, je n'avais pas relevé l'idée que l'Univers finirait dans le froid absolu.
C'est contradictoire avec une énergie totale constante.
 Elle pourra être diluée, uniformisée, "gelée" en quelque sorte, mais pas au zéro absolu qui est une sorte d'infini inatteignable.
C'est un gel à l'échelle macroscopique, pas au niveau (sub)atomique.
Une réduction à l'énergie du vide ? On peut dire ça ... en tendant vers une situation symétrique du big bang.
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Re: Question sur l'énergie.

Message par Pierre le Lun 9 Jan - 13:40

L'idée d'énergie du vide vient du fait que si on suppose qu'on a des atomes absolument immobiles, ils se mettent à bouger, c'est que le vide (ou des atomes invisibles...) leur communique de l'énergie. 

Mais c'est pas facile à imaginer, cette affaire. D'autant moins que l'Univers est en expansion accélérée, ce qui impose une apparition d'énergie extrêmement faible, mais non nulle.
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Re: Question sur l'énergie.

Message par Mercure le Lun 9 Jan - 14:47

C'est le principe d' indétermination de Heisenberg qui autorise cette propriété remarquable du vide lui même.
Supposons que la durée de vie d'un électron soit inférieure au temps mis par un détecteur pour la mesurer, il sera impossible de la mesurer quel que soit le capteur et tout se passe comme s'il n existait pas , l espace paraît vide !
Et maintenant, supposons que nous fassions le  vide absolu  dans une enceinte, l'enceinte sera t 'elle réellement vide ou bien cache t'elle des particules indétectables ? la physique  quantique l' autorise car il est toujours possible que des particules de faible durée de vie subsistent, et plus leur durée de vie est courte et plus elles peuvent se permettre d'avoir une très forte énergie tout en échappant aux détections .Et même si l' on ne peut les détecter, les phénomènes qu 'elles génèrent, eux sont mesurables ( effet Casimir ).
L'effet Casimir,prédit par ce physicien,et observé en 1978 a permit de confirmer que le vide apparemment " absolu " est bel et bien rempli de particules indétectables de très faible durée de vie.
Et à l'échelle de l'Univers le vide spatial grouille de particules virtuelles.
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Re: Question sur l'énergie.

Message par Mercure le Lun 9 Jan - 15:17

Et pendant  que j' y pense, savez vous que certains phénomènes classiques associés à des comportements ondulatoires sont le résultat de mécanismes analogues à celui de Casimir, comme le montre l' exemple de deux barques parallèles dans un port et qui ont tendance à se rapprocher lorsque l' eau est agitée de petites vagues ; comme dans l' effet Casimir c'est l ensemble des vagues dont les longueurs d' onde sont interdites entre les deux barques alors qu' elles sont présentes de part et d'autre qui se traduit par une poussée qui tend à les rapprocher.
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Re: Question sur l'énergie.

Message par Pierre le Lun 9 Jan - 17:02

Ah, l'effet Casimir...   Bon, à mon avis il y a un os dans le pâté.  Parceque les calculs à la mord-moi-l'noeud par sommation des entiers qui vaudrait -1/12 c'est faux. On peut aussi prouver que ça vaut 0, il y en a qui l'ont fait.  

Si on ajoute l'énergie de toutes les fréquences  possibles, ça ne correspond à rien (un peu comme l'affaire de la catastrophe ultra-violette) parceque passé une certaine limite le métal des plaques devient transparent aux photons.

Naturellement, ça ne change rien au résultat parceque si c'est transparent dans un sens ca l'est dans l'autre, et ça se compense. 

Mais le calcul est bidon.

Enfin, je dis ça, mais honnêtement je dois avouer que je n'y ai rien compris, aux calculs de Casimir... Smile
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