Personnalité connue pour Khanel – Albert Einstein … !!!

defi khanel

Notre amie Khanel13 nous demande pour ce mois d’octobre d’évoquer une personnalité connue.

E = Mc²

Masse et énergie interne d’une particule

E = Mc²

Un infime défaut de masse
L’énergie dégagée par les réactions chimiques est de quelques électronvolts, (Unités d’énergie : eV, keV, MeV), à l’échelle de l’atome. Un exemple est la combustion des atomes de carbone source de l’agréable chaleur d’un feu de bois. Une balance ultra-précise montrerait que la molécule de gaz carbonique est un tout petit peu plus légère que le carbone et l’oxygène qui ont contribué à la former.

Les énergies dégagées dans les réactions chimiques s’expliquent par des variations d’énergies que les physiciens appellent internes. L’énergie interne d’une molécule, d’un atome, d’un noyau est définie comme l’énergie totale de cet objet quand il est au repos.

Un exemple est donné par la combustion du carbone :

C + O² => CO²

Les calories dégagées par les bûches qui brûlent dans une cheminée proviennent d’une diminution des énergies internes entre l’état initial de carbone et oxygène et l’état final composé de gaz carbonique. Au niveau des réactions élémentaires, ces énergies libérées sont de quelques électronvolts.

Les énergies en jeu lors des désintégrations radioactives des noyaux, les réactions nucléaires se comptent en milliers, voire millions d’électronvolts. Par exemple l’énergie qu’il faudrait fournir pour séparer les 4 constituants – deux protons et deux neutrons – d’un noyau d’hélium s’élève à 28 millions d’électronvolts. La fission d’un noyau d’uranium libère plus de 200 millions d’électronvolts.

Équivalence masse-énergie : E = Mc2

Une particule alpha est plus légère que les deux protons et les deux neutrons qui la constituent. Ce “défaut de masse” se traduit par une différence d’énergie. D’après la formule d’Einstein, le défaut de masse multiplié par le carré de la vitesse de la lumière, est égal à l’énergie de liaison des deux protons et des deux neutrons : 28 millions d’électronvolts.

radioactivité

Cette énergie de liaison très considérable ne représente que 1 % de l’énergie interne (ou de masse) de la particule alpha.
copyright Jean-Marc Faday (CNRS/Images-Média)

C’est Albert Einstein qui a relié cette « énergie interne » dont on ne comprenait pas l’origine à la masse d’une particule. L’énergie interne est l’énergie E qui intervient dans la formule

E = M c²

Cette énergie (parfois appelée énergie de masse) est égale à la masse M multipliée par le carré de la vitesse de la lumière dans le vide c. La vitesse de la lumière, qui vaut 300 millions de mètres par seconde, est l’une des grandeurs les plus impressionnantes de la nature. Le facteur multiplicatif qui fait passer de la masse à l’énergie est donc énorme : il suffit de minimes variations de masses pour générer les « modestes » chaleurs dégagées dans nos cheminées, nos moteurs de voitures ou même nos usines.

radiactivité

Des nucléons qui perdent du poids…
On doit au physicien anglais Francis Aston d’avoir le premier mesuré la masse des noyaux. En divisant cette masse par le nombre de nucléons, on en déduit la masse d’un nucléon à l’intérieur d’un noyau. La courbe d’Aston permit de constater que le fait d’appartenir au noyau faisait perdre aux nucléons un peu moins de 1 % de leur masse. Cette perte équivaut d’après la relation d’Einstein, en multipliant la masse par le carré de la vitesse de la lumière, à une perte d’énergie qui peut dépasser 8 millions d’électronvolts. C’est l’énergie qu’il faut dépenser en moyenne pour arracher un nucléon au noyau : l’énergie de liaison. La relation entre perte de masse et énergie de liaison est générale. Dans le cas du noyau, la perte de masse est faible mais mesurable. Dans le cas des phénomènes chimiques où les énergies sont de quelques électronvolts, les pertes de masse passent inaperçues.

Dans l’exemple de la combustion si l’on pesait le carbone et l’oxygène avant la combustion et le CO² produit, on s’apercevrait que le carbone et l’oxygène pèsent à peine plus lourd que le gaz carbonique. Mais, multipliée par le carré de la vitesse de la lumière, la différence de masse produit cette chaleur bienfaisante qui nous réchauffe.

Ramené à 1000 tonnes de charbon, le défaut de masse des produits de combustion n’est que de 0,53 gramme. Ces différences de masses sont imperceptibles pour les plus précises de nos balances. C’est la raison pour laquelle la physique et la chimie classiques postulent que la masse se conserve : rien ne se perd, rien ne se crée.

Dans les désintégrations radioactives et les phénomènes nucléaires, les énergies libérées sont nous l’avons dit des centaines de milliers ou des millions de fois plus importantes. Les variations de masses deviennent perceptibles. Par exemple, la différence de masse entre une particule alpha et les protons et neutrons qui la constituent est proche de 1 %. Un noyau d’uranium-235 qui subit une fission perd environ un millième de sa masse.

Ces différences de masse libèrent des énergies importantes, pas seulement dans les réacteurs mais aussi dans les étoiles.

relativité

Vitesses des particules relativistes
La formule bien connue de l’énergie cinétique n’est plus valable pour les corpuscules dont la vitesse se compte en dizaines de milliers de kilomètres par seconde (on parle alors de vitesses relativistes). C’est le cas notamment des électrons issus des désintégrations bêta dont les vitesses s’approchent, sans jamais la dépasser, de la vitesse de la lumière dans le vide (300 000 km par seconde). Le fait expérimental que les particules ne dépassent pas cette vitesse, ce qui serait autorisé par la formule classique, est une confirmation de la théorie de la relativité.

La fameuse formule E = M c² n’est qu’un aspect de la théorie de la relativité d’Einstein. La vitesse des particules est limitée. Elle ne peut dépasser la vitesse de la lumière. La formule classique de l’énergie cinétique (1/2 mv²) ne rend pas compte de cette limite. La théorie d’Einstein propose une formule valable à toutes les vitesses y compris pour des corpuscules de masses nulles et qui vont à la vitesse de la lumière comme les photons et les neutrinos.

Auteur/autrice : ZAZA-RAMBETTE

Une bête à corne née un 13 AVRIL 1952 Maman et Mère-Grand...! Vous trouverez ici : humour de bon matin, sagas historiques sur ma Bretagne, des contes et légendes, des nouvelles et poèmes, de très belles photographies de paysages et d’animaux, de la musique (une petite préférence pour la musique celte), des articles culturels, et de temps en temps quelques coups de gueules...! Tous droits réservés ©

31 réflexions sur « Personnalité connue pour Khanel – Albert Einstein … !!! »

  1. C’est passionnant ! Cela me fascine autant que l’Alchimie et son émanation, la Spagyrie. Explorer la matière, en extraire la substantifique moelle, triturer, retriturer… Excellent choix de personnage célèbre car il est à la fois connu et méconnu. L’explication de sa célébrissime formule est très bien tournée et compréhensible, merci ma Zaza. C’est à la fois ludique, prenant, on a envie de se mettre à créer soi-même des formules mais quand on a comme moi la tête de travers, ouille pour le résultat…rires !
    Du genre: Formule pour se stratosphériser!!!
    Merci beaucoup de ton message à propos du catalpa. Cet arbre m’attire énormément avec sa silhouette sinueuse, ses branches torses, ses feuilles cœur et ses longs fruits luxuriants sans oublier ses si jolies fleurs. Les fruits ne sont pas comestibles de ce que j’en ai trouvé, leur jus a été utilisé dans l’ancienne pharmacopée pour réduire l’inflammation des yeux. Ils ressemblent à des haricots verts et moi aussi, l’idée d’une poêlée me venait…
    Gros bisous, belle flambée, bon courage pour le bois et plein de gros bisous à tous les deux…
    Cendrine

  2. Sans eux beaucoup de domaines seraient dans l’ignorance et la souffrance mais il y a tant à faire encore
    Bravo pour ton défi honoré !
    Bon weekend
    Bisous

  3. Coucou ma Zaza.
    Quelle belle leçon pour moi qui ne suis pas trop ” maths ” ni ” sciences “.
    Très bonne idée que ton article.
    Je ne voyais pas trop comment développer le thème du mois même si j’ai cherché et retrouvé quelques photos.
    Gros bisous et passe un bon week-end ❤ .

  4. Bonjour Zaza, oh là toi, de la science en se levant c’est pas le top !
    il fait bien brumeux ce matin c’est triste, je me réjouis de voir le soleil…
    j’espère que tu as passé une bonne nuit et que tu vas bien,
    je te souhaite un excellent samedi profite bien je t embrasse ma belle ♥

  5. tu es bien savante Zaza…
    je retiens aussi la formule de Rabelais que la science sans conscience est la ruine de l’âme
    il y a des savants et hélas des applicateurs fous

  6. Tu te transformes en prof ce matin… mais c’est vrai que c’est une bonne idée lorsqu’on parle de ce génie qu’était Einstein.

    Merci pour tout, ma Zaza.
    Bisous et douce journée.

  7. Coucou Zaza

    Grâce aux savants il y a eu de belles découvertes.
    Toujours une page intéressante pour se cultiver mon amie.
    Merci pour ce moment
    passe un bon samedi
    bisous mon amie

  8. … il me faudra reprendre tout cela, au calme, l’esprit reposé…
    Bon w-end, gros bisous de Mireille du sablon

  9. Bien vu Zaza je suis en train d’envier la combustion , je suis gelée je ne sais pas trop ce que j’ai toujours est il que je n’arrive pas à me réchauffer, bien que m’activant et habillée comme en plein hiver .
    Bon samedi
    Bises

  10. Bonjour ZAZA
    C’est toujours avec un grand plaisir
    Que je prends un instant
    Pour venir sur ton joli univers
    Passer un petit moment de détente ET APPRENDRE .
    Alors c’est très sincèrement
    Que je te souhaite une excellente journée dominicale …

  11. Ce personnage savaient bien calculer et faire ses divisions ! Un fort en math. J’ai lu mais … euuuh … bon, j’ai bien fait de ne pas faire d’études de savante, j’aurais loupé tous les exam’s :).
    Tu as hautement relevé ce défi.
    Bon dimanche ma Zaza
    Gros bisous

  12. Coucou Zaza
    Chez nous un dimanche pluvieux, du coup ce matin pas envie de sortir mon mari le fait à ma place, ça c’est cool !
    Belle journée tout de même…
    bisous mon amie

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Ce site utilise Akismet pour réduire les indésirables. En savoir plus sur comment les données de vos commentaires sont utilisées.