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robby (24/05/2019, 13h52)
On 24/05/2019 12:51, Paul Aubrin wrote:
> Une phrase dans le livre correspond à un problème qui me travaille depuis
> assez longtemps: "Les molécules émettent bien dans toutes lesdirections,
> mais ce n'est pas parce qu'elles ont absorbé un photon venant de la
> surface : *elles émettent à leur température* (celle du gaz dans lequel
> elles se trouvent)".
> Considérons un volume d'azote, va t-il émettre /à sa température/ (si je
> comprends bien le même spectre qu'une surface noire (?=1) à la même
> température. Je croyais qu'un corps (solide, liquide ou gazeux) ne
> pouvait émettre que les fréquences qu'il peut absorber.


en fait il existe plein de mecanismes d'emission de photons (on en a
causé ici il y a quelques mois), et ceux qui comptent dépendentde
l'espèce (molécule longue ou basique), de son état ( molécule/atome/ion
isolé), et la prédondérance dépend de la densité, température, et dans
quelle plage de fréquence on regarde, ainsi que de l'échelle considérée.

En gros, dans ce qui emet des photons:

- il existe les degrés de liberté des couches électroniques
(correspondant aux sauts d'orbitale), qui sont très quantifiées
notamment pour les diélectriques et les espèces très simples (d'où
spectres de raie en absorption comme emission), par contre pour des
molécules longues il y a tant de combinaisons que le spectre en
redevient quasi-continu (mais souvent dans les longueurs d'onde + basses
que le visible).

- il existe tous les degrés de liberté mécanique:
- oscillation des longueurs axiales d'une molécule articulée (à
commencer par diatomes), rotations axiales, torsions, (et en 3D
plusieurs comptent pour 3), etc
- energie cinétique (3 degré de plus), 'statique' + collisions.
tout ces modes peuvent emettre ou absorber des photons, dans un
spectre bien plus riche et continu (en vrai de vrai c'est quantifié
aussi, mais la combinatoire est telle que c'est vite "continu en pratique").

on parle rarement d'une molécule + photon isolé, mais d'un milieu, et on
s'interesse rarement au pico-instantané. Du moment que les spectres sont
larges (présence du cas 2), alors dans un voisinage d'espace et de temps
il y a conversion permanente entre tout ces modes, et généralement
équilibrage, entre chaque modes mécaniques + modes électroniques +
photons, ce pour quoi on peut parler d'une température unique, bien
qu'elle mesure a la fois la température en IR, la température en vitesse
quadratique moyenne (i.e. Ec), et celle des autres modes: c'est dans ces
circonstances qu'on parle de corps noir.

Mais ça ne s'applique pas aux cas où il n'y a que des spectres de raie
etroite avec quasi-zero degrés de liberté mécanique (ou loin du
visible): effectivement, dans ces cas là on a en gros spectre d'emission
= spectre d'absorption = raies.
C'est d'ailleurs pour ça qu'aux débuts de la galaxie, des amas de gaz
contenant purement H + He ont énormément de mal à s'effondrer à terme
faute d'arriver a rayonner la chaleur acquise par compaction, alors
qu'une fois que le gaz contient un peu de poussieres ( = corps noir )
alors ils peuvent rayonner efficacement, et donc poursuivre leur
effondrement.

il existe bien sur qq autres situations pathologiques "hors équilibre"
(a commencer par les cas où l'echelle d'espace + temps est bien trop
petite pour que la thermalisation ait pu produire l'équilbre).

A noter qu'en situation réelle, à température ambiante et pression
ambiante,
- les espèces sont moléculaires (sauf gaz nobles),
et partant, généralement anisotropes de forme (ce qui moduleplein
d'effets simplistes du cours de physique de lycée :-p ).
- les espèces sont >> 0°K et donc en mouvement (+vibrations), et donc
ont tj un peu de degrés de liberté mécanique agissant directement ou
indirectement
- comme elles sont en mouvement, memes les spectres de raie s'en
trouvent floutés par effet Doppler
- les collisions inelastiques peuvent absorber ou emettre (il me semble
? ou juste dans les nebuleuses à cause des durées immenses entre
collisions ?)
jc_lavau (24/05/2019, 19h31)
Le 24/05/2019 à 13:52, robby a écrit :
> - il existe tous les degrés de liberté mécanique:
>   -  oscillation des longueurs axiales d'une molécule articulée (à
> commencer par diatomes), rotations axiales, torsions, (et en 3D
> plusieurs comptent pour 3), etc
>   -  energie cinétique (3 degré de plus), 'statique' + collisions.
>   tout ces modes peuvent emettre ou absorber des photons,


Non. Ni N2 ni O2 ne peuvent se coupler en vibration à des photons
infrarouges. CO, CO2, H2O, O3, CH4, NH3 le peuvent.
Cl.Massé (24/05/2019, 23h59)
Robby a écrit dans le message de groupe de discussion :
5ce7db11$0$3383$426a74cc...

> On 24/05/2019 12:51, Paul Aubrin wrote:
> surface : *elles émettent à leur température* (celle du gaz dans lequel
> elles se trouvent)".
> Considérons un volume d'azote, va t-il émettre /à sa température/ (si je
> comprends bien le même spectre qu'une surface noire (?=1) à la même
> température. Je croyais qu'un corps (solide, liquide ou gazeux) ne pouvait
> émettre que les fréquences qu'il peut absorber.
> en fait il existe plein de mecanismes d'emission de photons


Oui, mais une circonstance importante que tu n'as pas citée, c'est l'état de
condensation de la matière. Plus la matière est condensée, plus les
orbitales sont déformées, et donc plus les raies sont décalées d'un atome à
l'autre, ce qui crée des bandes. Quand on parle d'azote à l'état gazeux,
c'est un corps simple, et bien que ce soient des molécules diatomiques, on a
un spectre de raies. Même pour les degrés de liberté de basse énergie, la
largeur des raies est plus petite que leur écartement. C'est l'imprécision
dans la mesure de la longueur d'onde qui fait sembler le spectre continu.

-- ~~~~ clmasse on free F-country
Liberty, Equality, Profitability.
robby (25/05/2019, 08h44)
On 24/05/2019 23:59, Cl.Massé wrote:
> condensation de la matière. Plus la matière est condensée, plus les
> orbitales sont déformées, et donc plus les raies sont décalées d'un atome à
> l'autre, ce qui crée des bandes.


qu'entend tu par "les raies sont décalées d'un atome à l'autre" ? (pour
une meme espèce, on est d'accord ?)

et quel est le lien entre orbitales déformée et raies décalées ? genre,
à densité constante, une orbitale se retrouve confinée (dans une
direction) dans un rayon 0.5 - x et sa voisine 0.5 + x ?

au fait, on est d'accord qu'il n'y a guère de différence ici entre
liquides et solides ? (tant que la densité est proche). Ou bien au
contraire la nature des liaisons change trop (sans meme parler des
cristaux et métaux) ?
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