Les pertes de masse et l'énergie

[ExpertAs]

Bonjour,

Ceci est mon premier post en physique.

J'ai appris il y a pas longtemps que la masse pouvait être transforme en énergie mais cela est contre la loi de Lavoisier...
Tout d'abord d'ou prendrait-on cette masse / de quelle partie de la matière proviendrait la masse transformée en énergie?
Ensuite est-ce qu'il y a une réciprocité ? L'énergie peut-elle redevenir de la matière?
Et enfin est-ce que toute l'énergie provient à un moment ou autre de la matière? Par ex.: l'energie dégagée lors d'une combustion provient-elle d'une perte de masse?

J'espère avoir été assez clair bien que je n'en suis pas certain...

[darrigan]

La Loi de Lavoisier (conservation des masses) n'est valable qu'en chimie.

Mais dans le cas général de la physique, en effet, ce n'est pas la masse qui se conserve, mais l'énergie.

Dans une réaction nucléaire, par exemple, il peut y avoir variation très petite de masse, accompagnée d'une grande variation d'énergie, d'après la relation d'Einstein : $E = mc^2$, que l'on devrait plutôt écrire $\Delta E = \Delta m c^2$
Le terme $c^2$ est un facteur de proportionnalité très grand entre $\Delta E$ et $\Delta m$.

Attention à ne pas confondre masse et matière, dans tes questions !

Là il faudrait un spécialiste comme Olivier pour te répondre.

Si j'ai bien compris, il s'agit ici d'une variation d'énergie interne à un système. Cela peut par exemple être de l'énergie potentielle entre deux particules dans ton système. Si ces deux particules bougent dans le système, l'énergie potentielle entre elles change, donc l'énergie interne change.

En chimie, les énergies échangées sont si faibles (comparé aux domaine nucléaire) que les variations de masse est imperceptibles.

[ExpertAs]

Merci de m'avoir répondu.

Donc ce n'est pas la matière mais donc la masse (les atomes restent inchangés), merci de me l'avoir fait remarquer.

[ExpertAs]

Bonjour,

Une question subsiste malgré tout : est-ce que l'énergie vient obligatoirement (à un moment ou autre) de la masse ?

[ecolami]

Bonjour
Dans un Science & Vie récent une expérience de créationde matière à partir de photons de trés haute énergie est décrite, je ne me rapelle plus si elle a été réalisée. Elle consiste a chauffer thermiquement un faisceau concentré de laser en Ultra-violet: le but étant de fusionner les deux énergies pour faire apparaitre une paire électron+ positron. Quand une paire se forme les deux particules s'éjectent en directions diamétralement opposées. Logiquement elle devraient s'attirer avec leurs champs électriques mais, étant donné le niveau d'énergie considérable requis pour que cette création se fasse, l'attraction électrique ne suffit pas. Pour faire apparaitre de la matière à partir d'énergie il faut des trés hautes énergies juste pour espèrer créer des électrons qui sont pourtant trés "légers".

On ne peut pas répondre a ta question si l'énergie provient (toujours) de la masse: il faudrait savoir quand et comment la masse est apparue: tu vois le problème?

[ExpertAs]

Bonjour,

Merci pour ta réponse.

Sauf si je me trompe un positron c'est bien une particule d'antimatière? C'est un "électron" positif.

Oui, je comprends le problème.

Mais le fait qu'une réaction soit plus exothermique dépend-elle de la masse transformée en énergie?

Encore merci pour vos réponses.

[ecolami]

Bonjour,

Merci pour ta réponse.

Sauf si je me trompe un positron c'est bien une particule d'antimatière? C'est un "électron" positif. >>>OUI

Oui, je comprends le problème.

Mais le fait qu'une réaction soit plus exothermique dépend-elle de la masse transformée en énergie?

Encore merci pour vos réponses.

Bonsoir,
Les réactions chimiques respectent la conservation de la matière, TOUJOURS. Ne pas confondre avec les réactions nucléaires.
Quand une réaction dégage de la chaleur ce sont des liaisons qui se sont formées et une contraction qui s'est faite.
Quand tu as par exemple une réaction acide base la neutralisation libère instantanément l'énergie qui avait été nécessaire pour fabriquer l'acide ET la base. Dans toutes les réactions qui libèrent de l'énergie on ne fait que récupérer l'energie qui avait été nécessaire pour fabriquer les produits de départ. Quand on brule un carburant on oublie que si le soleil n'avait pas fourni l'énergie pour la photosynthèse il n'y aurait pas d'oxygène.

[darrigan]

Les réactions chimiques respectent la conservation de la matière, TOUJOURS. Ne pas confondre avec les réactions nucléaires.

La réponse n'est pas si évidente Pour les réactions nucléaires, l'échange masse-énergie est bien visible (et admis) car la quantité d'énergie mise en jeu est très grande.
Pour une réaction chimique, la quantité d'énergie est si faible que la variation de masse est négligeable… mais est-elle strictement nulle ?! Bonne question.
Si on applique $ \Delta E = \Delta m c^2 $ , soit $ \Delta m = \frac{\Delta E}{c^2} $ pour une variation d'énergie de 100 kJ, on a une masse équivalente :
$ \Delta m = \frac{100000}{(3\times 10^8)^2} = 0,00000000000111 kg $

[ExpertAs]

Bonjour,

C'est comme le cas de l'électrolyse de l'eau, il faut apporter autant d'énergie pour casser une molécule d'eau (rompre un état plus stable) que l'énergie dégagée par combustion de H2...

" style="font-family: MathJax_Main; padding-left: 0.278em;">Δ</span><span class="mi" id="MathJax-"><span style="display: inline-block; position: relative; width: 0.803em; height:
$$ \Delta m = \frac{100000}{(3\times 10^8)^2} = 0,<a href="tel:00000000000111">00000000000111</a> kg $$

C'est moi ou il y a une erreur parce qu'avec des $$$...

Comme dit Darrigan, l'énergie est elle NULLE ? Ou extrêmement faible?

Merci pour vos réponses!

[ExpertAs]

Bonjour,

C étant la vitesse de la lumière dans le vide c2 = 1017 ce qui est énorme!!!

[ecolami]

Bonjour,

C étant la vitesse de la lumière dans le vide c2 = 1017 ce qui est énorme!!!

Bonsoir,
Est-ce que cette valeur c2 = 1017 est exacte? Une puissance de 10 avec un exposant impair ne peut pas être un carré.
La vitesse de la lumière dans le vide est précisément 299 792 458 m·s-1

[darrigan]

Mais si c'est possible d'avoir une puissance de 10 impaire après élévation au carré :
Prend le carré de 31,6227767..., cela donne $ 10^3 $.

Ici :
$ 299 792 458 \times 299 792 458 = 8,98755178736818.10^{16} $

il a simplement arrondi à $ 10^{17} $, ce qui n'est pas très choquant

[ExpertAs]

Bonjour,

Oui c'est vrai j'ai mis = j'aurais dû mettre plus ou moins...

[brusicor02]

Bonjour,

Il faut pas oublier que la relation $E=m \cdot c^2$ n'est valable seulement pour des particules au repos. La relation complète, issue de la relativité restreinte, ressemble plutôt à : $$ E^2 = m^2\cdot c^4 + p^2 \cdot c^2 $$ Si la particule est au repos, on a $p=0$ et on retrouve bien le fameux $E=m \cdot c^2$.

La chose la plus amusante, c'est qu'une grande partie de l'énergie est sous forme de photons, donc avec des particules de masse nulle mais qui ont une quantité de mouvement : $$ p = \frac{E}{c}$$

Concernant la question de la variation de masse... elle existe, puisque la molécule de dihydrogène est légèrement plus lourde que deux atomes d'hydrogène. Pour la plupart de nos appareillages, cette différence est indétectable mais avec les progrès de la spectrométrie de masse et des balances ultra-haute précision qui peuvent peser des molécules individuelles, on aura peut-être un jour besoin de prendre en compte cette masse supplémentaire.

Bref, comme le dit Noether, tout est conservation de l'énergie.

[ecolami]

Mais si c'est possible d'avoir une puissance de 10 impaire après élévation au carré :
Prend le carré de 31,6227767..., cela donne $ 10^3 $.

Ici :
$ 299 792 458 \times 299 792 458 = 8,98755178736818.10^{16} $

il a simplement arrondi à $ 10^{17} $, ce qui n'est pas très choquant

Merci pour cet éclairage! je n'y avais pas pensé!

[ecolami]

Bonsoir,
En lisant que la fameuse formule E=Mc² ne s'appliquait qu'aux particules au repos je réalise qu'elle ne peut pratiquement jamais s'employer. Il est extraordinairement difficile d'avoir une particule au repos (=immobile).

[brusicor02]

D'après Heisenberg, c'est même impossible. ^^ On aura toujours une incertitude sur l'impulsion et la position. $$ \Delta x \cdot \Delta p \geq \frac{\hbar}{2}$$ un cas particulier de l'inégalité d’Heisenberg

[Olivier]

Bonjour ExpertAs,

Je te conseille la lecture de l'excellent article "MASSE" écrit par Jean-Marc Lévy-Leblond dans l'Encyclopaedia Universalis.
En voici un extrait qui répond à ta question :
"En effet, considérons plusieurs corps qui s'unissent en un autre plus stable, par exemple la réaction de combustion des atomes de carbone et d'atomes d'oxygène donnant naissance aux molécules de gaz carbonique [...]. Il y a dégagement d'énergie (c'est le sens même de la stabilité) et donc diminution de l'énergie interne du corps final par rapport à la somme des énergies internes des composants. Il en va de même pour les masses, proportionnelles à ces énergies internes".
Cela confirme la réponse de RuBisCO.

[darrigan]

Salut Olivier !

Donc tu confirmes ce que j'évoquais plus haut :

Pour les réactions nucléaires, l'échange masse-énergie est bien visible (et admis) car la quantité d'énergie mise en jeu est très grande.
Pour une réaction chimique, la quantité d'énergie est si faible que la variation de masse est négligeable… mais est-elle strictement nulle ?! Bonne question.
Si on applique $ \Delta E = \Delta m c^2 $ , soit $ \Delta m = \frac{\Delta E}{c^2} $ pour une variation d'énergie de 100 kJ, on a une masse équivalente :
$ \Delta m = \frac{100000}{(3\times 10^8)^2} = 0,00000000000111 kg $

C'est-à-dire que même en chimie, si l'on pouvait peser les masses au nanogramme près, on observerait bien une variation ?

[ecolami]

Bonjour,
A contrario quand une réaction chimique de dissociation nécessite un apport d'énergie on peut considérer que l'ON CREE DE LA MASSE...Révolutionnaire?

[darrigan]

Disons que la conservation de la masse en chimie n'est qu'apparente et due au fait que les énergies mises en jeu étant si faibles, que les variations de masse ne sont pas observables macroscopiquement.

Si Lavoisier avait eu des balances précises au nanogramme, non seulement il aurait énoncé une loi de conservation plus précise, mais il aurait devancé Einstein

Mais les énergies dégagées ou absorbées au cours d'une réaction, macroscopiquement, sont étudiées par la thermodynamique, laquelle ne se préoccupe pas des variations de masse, mais uniquement des énergies. Grâce à ces énergies (enthalpies), il doit être possible de calculer toutes les variations de masse.

[Olivier]

Salut Clovis,

oui, je te confirme que ce que tu as écrit est bien ce que j'ai compris de l'article de JMLL (je ne me mouille pas trop !).
Pour l'exemple que tu as choisi, il faudrait des balances précises au picogramme près.

@ecolami, effectivement, tout apport d'énergie augmente la masse d'un système. C'est révolutionnaire au même titre que tout ce que prédit la relativité restreinte. Voici ce qu'en dit JMLL dans le BUP (Bulletin de l'Union de Physiciens) de décembre 1994, n°769 :
"Le contenu énergétique d'un morceau de matière ordinaire est tellement gigantesque que les modifications de son énergie cinétique, quand je l'accélère, ou quand j'en extrais un peu d'énergie potentielle, sont infimes par rapport à son énergie totale, et ne se manifestent pas de façon perceptible à notre échelle sur sa masse ou son inertie."

Pour ceux que cela intéresse, on peut trouver l'article de JMLL du BUP n°769 "L'énergie après Einstein, pour comprendre « eu égale emme cé-deux »" sur mon site internet ainsi que l'article "Masse" de l'Encyclopaedia Universalis. Un peu de PUB pour le BUP donc, et pour mon site...

@ExpertAs, dans la formule $ E_0=mc^2 $ (ou le zéro rappelle que le corps est au repos par rapport à l'observateur) "c" n'est pas la vitesse de la lumière. Toujours dans le même article du BUP n°769, JMLL a dit : "Dans cette formule, c n'est pas la vitesse de la lumière, et devrait plutôt être appelée "vitesse limite", ou mieux "constante d'Einstein". Pour savoir pourquoi, rendez-vous sur mon site (juste parce que c'est trop long à expliquer, et JMLL l'a très bien fait !)

[darrigan]

Super, merci Olivier !