FORMULES PHYSIQUE-GÉNÉRALE

-énergie massique

Une énergie incluse, ou reçue, ou absorbée par une certaine masse d’un corps est dénommée énergie massique

Celà peut concerner les appareils électriques, le corps humain, les objets, etc

Equation aux dimensions : L2.T-2     Symbole de désignation : q'        Unité S.I.+ : le J/kg

Relation entre unités : 1Wh /kg vaut 3,6.103 J/kg

 

EQUATION GÉNÉRALE

q' = E / m

où q’(J/kg)= énergie massique d’un corps de masse m(kg) concerné par une énergie E(J)

 

DIVERS NOMS de l'ÉNERGIE MASSIQUE

-en gravitation >>> potentiel d’induction gravitationnel (q’g) pour une énergie produite par un corps, grâce à sa charge mésonique

-en thermique >>> pouvoir calorifique massique (q’p) pour une énergie produite sous forme calorifique

-en thermique >>> chaleur massique (q’c) pour une énergie produite sous forme calorifique et dépendant en outre des qualités thermiques du corps

-en thermique >>> enthalpie massique (q’H) si c'est une énergie d'un système servant à un changement d'état du système

-en dosimétrie >>> dose (q’d) si c'est une énergie ionisante, absorbée par un corps --avec son cas particulier: équivalent de dose (q’é)

-en mécanique >>> accélération aréolaire (q’a) qui est le Lagrangien (ou variation de) vitesse aréolaire par rapport au temps

-en physique des particules >>>  ou (vitesse de la lumière)² pour une énergie produite par une particule, ramenée à sa masse (relation d’Einstein  E= m.c²)

Attention: souvent, dans des formules établies par les " Initiés", ce terme (c²) est posé égal à 1 et il disparaît ainsi des formules !

-en physique des particules >>> énergie massique de Rydberg (q’R)

= (f.aé² / Jo.)² / 2     où Jo= NOMBRE d'onde,f(Hz) fréquence, aé(sr)= constante couplage

-cas d'une énergie stockée : s'il s'agit d'un appareil qui stocke une énergie, proportionnellement à sa masse constructive

q’ = Eé/ m   où q'(J/kg) = énergie massique stockée, Eé(J)= énergie stockée dans l’appareil et m(kg)= masse de l’appareil

>>> Exemples: une batterie d’accumulateurs usuelle stocke de 2 à 3.105 Joules par kilogramme de batterie, soit 70 à 100 Wh/kg

(certaines batteries au lithium ou manganèse peuvent atteindre 1500 Wh/kg)

Comparer avec l'énergie stockée dans un carburant liquide (qui a un pouvoir calorifique de 10.000 Wh/kg), donc 7 fois mieux que dans une batterie d'accus;  

Comparer aussi avec un condensateur ultra (le plus performant), qui stocke 2.104 Joules / kg de condensateur

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-énergie spatiale

L'énergie spatiale exprime l'énergie présente dans un angle solide

Synonymes = énergie dynamique et densité spatiale d'énergie 

Equation aux dimensions structurelles : L².M.T-2.A-1

Symbole de grandeur : A*      Unité S.I.+ : J/sr

Nota: la présente notion est dimensionnellement similaire à celle du moment d'un couple de torsion MΓ (en mécanique) qui est une énergie ramenée à l’angle plan -alors qu’ici c’est une énergie présente dans une tranche d’espace (donc concernant un angle solide)

 

1.cas général :   A* =  E / Ω    et    A* = P’.t

A*(J/sr)= énergie spatiale correspondant à une énergie E(J)

Ω(sr)= angle solide dans lequel est transmise E (en général l’espace entier, soit 4pi sr pour un système d’unités qui a le stéradian comme unité d’angle)

P’(W/sr)= intensité émise ou dissipée pendant le temps t(s)

 

2.cas d'émission de rayonnements

C'est une énergie E(J ou lm-s si lumineuse) émise dans un angle solide

A* = E/ Ω

A*(lm-s/sr)= énergie spatiale lumineuse

El(J ou lm-s si lumineuse)  = énergie   et  Ω(sr)= angle solide d'émission

 

3.cas des particules

L'unité d'usage est l' eV/sr qui vaut 1,602176462.10-19 J/sr

Partie d’énergie spatiale due à la gravitation (pour une particule)

A*g= 2Mc.f        ou   A*g= m.c² / Ω        ou   A*g= L*.c²

Ag(J/sr)= énergie spatiale gravitationnelle pour une particule

Mc(J-s/sr)= moment cinétique total de la particule

f(Hz)= sa fréquence vibratoire

m(kg)= masse de la particule

c(m/s)= constante d'Einstein(2,99792458 .108 m/s)

L*(kg/sr)= FLUX d’excitation gravitationnel (masse spatiale)

Ω(sr)= angle solide où se manifeste la distribution d’énergie

 

Partie d’énergie spatiale due à l'électromagnétisme

A*é= μ.B(J.F’g1+ L+ S.F’g2)

A*é(J/sr)= énergie spatiale électromagnétique pour 1 particule

μ'(J/T-sr)= magnéton

B(T)= champ d’induction magnétique

J, L, S= nombres quantiques

F’g1, F'g2(nombres)= facteurs gyromagnétiques

Ces facteurs F' varient légèrement (anomalie) car la particule, soumise à B , émet et récupère des quanta d’énergie perturbatifs

 

Energie surfacique spatiale

Il s'agit ici de l'énergie présente dans une section d'angle solide

 

Equation de dimensions structurelles : M.T-2.A-1       Symbole de désignation : S’

 

Unité S.I.+ : Joule par m² stéradian (J/m²-sr)

 

& Unité d'usage l'eV/m²-sr = 1,602176462.10-19 J/m²-sr

 

S' = W' /Ω

 

S'(lm-s/m²-sr)= énergie surfacique spatiale de particules émises en une zone

d’unmilieu

 

W’(lm-s/m²)= leur énergie surfacique dans ladite zone

 

Ω(sr)= angle solide d’émission

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-énergies (réelles et en réserves)

  TOUTES LES ENERGIES
Origine ou usage de l'énergie Consomm° réelle Puissance équival. Réserve d'énergie
en vert =renouvelable, en rose = épuisable en Joules # en Watts en Joules ou années
énergie d'un quasar 1049 J/ an 1042 pour X milliards ans
énergie de la voie lactée 1047 J/ an 1040 pour 50 milliards ans
explosion de supernova 1043 J/ sur 3 mois 1036 --
énergie très grosse étoile 1037 J/ an 1030 pour 10 milliards ans
rayonnement du soleil (luminosité) 1032 J/ an 1025 pour 10 milliards ans
tremblement de terre 1017 à 25 J/en10 s
1016 à 24 --
consommation énergie mondiale 1021 J/ an 1013 --
consommation électrique mondiale # >1020 J/ an 1014 --
énergie des schistes bitumineux # <1020 J/ an 1015 réserves schistes = 80 ans
énergie gaz naturels # <1020 J/ an 1015 à 16
réserves gaz = 60 ans ou 3 fois plus avec les hydrates de méthane
énergie pétrole # <1020 J/ an 1013 réserves pétrole = 50 ans
énergie charbon

# <1020 J/ an

1012 réserves C = 150 ans
énergie hydraulique rivières 1019 J/ an 1013 product° possible = 1020 J / an
un cyclone de durée 4 jours 1015 à 21 J/ en 1 h. en 1 lieu 1012 à 18 --
réserve de biomasse 1018 J/ an 1013 product° possible = 1019 J / an
énergie solaire utile au sol sur Terre 1017 J/ an 1010 product°.possible = 1020 J / an
météorite de Sibérie // bombe H russe 1017 J/ en 10 s. 1016 --
annihilation d'un kilo d'antiparticules 1017 J/ en 10 s. 1016 --
énergie des marées 1017 J/ an 1014 product° possible = 1019 J / an
énergie éolienne mondiale 1017 J/ an 1011 product° possible = 1020 J / an
bombe Hiroshima 1015 J/ en 10 secondes 1014 --
un réacteur nucléaire standard 1014 J/ an 109 réserve de U = 200 ans
un paquebot / l'usine de la Rance 1014 J/ an 108 80% du temps
plus forte explosion connue, à l'explosif 1012 J/ en 1 minute 1010 --
une locomotive 1012 J/ an 107 discontinu
1 éolienne / 1 baleine 1012 J/ an 106 discontinu
énergie géothermique actuelm° produite 1011 J/ an 1021 product°.possible = 1016 J / an
énergie de la houle actuelm° produite 1010 J/ an 1012 product° possible = 1017 J / an
un moteur de voiture 1010 à 11 J/ an 105 discontinu
jet d'énergie du plus fort laser 108 J / en 10-7 seconde 1015 --
corps humain, lampe élect. 108 (# 1 T.é.C # 1 T.é.P ) / an 102 discontinu
cerveau humain 107 J par an 10 discontinu
effort homme en course 106 (# 1 kg TNT # 1 MJ) / an 103 discontinu
calorie mangée / seconde 106 (# 1thermie # 1 kWh) / an 103 discontinu
petits appareils électroniques 104 J par an 1 discontinu
énergie température des mers 100 1012 product° possible = 1015 J / an
flash photo 10 J en 1/1000° sec 104 --
déplacer 1 kg sur 1 m en 1 seconde 1 kgm = 10 J en 1 sec. 10 --
déplacer 1 kg sur 10 cm en 1 seconde 1 Joule en 1 sec. 1 --
fluctuation d'énergie / grosse particule 10-13 J (1 GeV) en 1 sec. 10-13 --
1 électron soumis à un effet électrique 10-19 J (1 eV) en 1 sec. 1,6.10-19 --
puissance cinétique 1 molécule à 20° 10-21 J (1/100 eV) en 1 s. 10-21 --

 

LES ENERGIES (STATISTIQUES)
 
TYPE d'ENERGIE ENERGIES PRIMAIRES DU MONDE RESERVES ELECTRICITE MONDE (=17% du total)  
  conso. en J/an conso en Gtep/an % du total rdmnt produite(J/an) en Joules en années en Joules/an en Twh/ an % de l'électrique  
charbon et assimilés 1,5 1020 3,6 28 1 1,5 1020   200 3,6.1019 10030 39  
pétrole 1,8 1020 4,4 34 # 1 1,9 1020   50 6,5.1018 1800 7  
schistes bitumineux < 1018 < 0,1 < 1 0,8 < 1019   80 9.1017 250 1  
gaz 1,1 1020 2,7 21 1 1,1 1020   70 1,9.1019 5400 21  
dont gaz naturels 1020 2,6 20            
dont gaz de charbon 4 1018 0,07 0,5            
dont tigth gas 4 1018 0,06 0,5            
hydrates de méthane 0 0 0 0   1000 0 0 0  
nucléaire 2,6 1019 0,7 5 0,3 8 1019   200 1,5.1019 4120 16  
dont nucléaire fission 2,6 1019 0,7 5            
dont nucléaire fusion 0 0 0            
TOTAL énerg. épuisables 4,8 1020 11,4 88       7,7.1019 21600 84  
                       
biomasse 1,2 1019 0,4 3 0,9 1,3 1019     9.1017 250 1  
dont bio-carburants 1019 0,3 2,5            
dont bio-bois < 1019 < 0,1 0,2            
dont biogaz < 1019 < 0,1 0,3            
solaire 1018 0,06 0,5 0,15 1,4 1019     9.1017 250 1  
dont thermique (capteurs) < 1018 0,03 0,1            
dont photovoltaïque 1018 0,03 0,4            
géothermique 0 0 0 0,10 0       0 < 1  
maréthermique 0 0 0 0       0 0  
hydraulique 2,6 1019 0,85 6,5 0,9 2,9 1019     1019 2830 11  
dont fluviale 2,4 1019 0,8 6            
dont marémotrice 2 1018 0,06 0,5     0 0 < 1  
dont houlomotrice 0 0 0            
éolien 8 1018 0,3 2 0,5 1,6 1019     3.1018 800 3  
TOTAL énergies renouvelables 6,8 1019 1,6 12       1,5.1019 4100 16  
TOTAL GENERAL 5,5 1020 J/an 13 Gtep/an 100 %   7 1020 J/an     9,2.1019 25.700 Twh/an 100 %  
                       
1 Gtep = 4,2.1019 Joules 1 kWh = 3,6.106 Joules                  
                       
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-équation

Equation est un terme usuel de mathématiques, usité en Physique en synonymie de "formule" ou "relation" ou "loi"

 

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-équation aux dimensions

Chaque grandeur utilisée en Physique dépend au maximum de 7 grandeurs de base, indépendantes les unes des autres.

Ces 7 grandeurs basiques ont été choisies (légalement en France) selon liste ci-après (avec leur symbole usuel entre parenthèses) :

la longueur(L) --la masse (M) --le temps(T) -- l'intensité électrique(I) --l'angle(A) --

la température(Θ) et la quantité de matière(N)

On dit que ces sept grandeurs sont les DIMENSIONS constitutives de chaque grandeur

La formulation mathématique exprimant la dépendance d’une grandeur par rapport à ces 7 grandeurs fondamentales, est nommée

"Equation aux dimensions structurelles et se présente sous la forme

Lp.Mq.Tr.Is.At.Θu.Nv

où les nombres p, q, r, s, t, u, v sont respectivement des nombres entiers (ou très exceptionnellement fractionnaires), affectés comme exposants aux 7 grandeurs basiques mesurables L, M, T, I, A, Θ, N  définies ci-dessus

Cette équation est spécifique pour telle grandeur (selon les exposants impliqués) rappelant sa dépendance envers chacune des 7 grandeurs fondamentales.

Exemple (1) : l’accélération a pour dimension structurelle  L.T- 2 >>>

cela signifie que l'accélération est proportionnelle 1 fois envers la

longueur etinversement proportionnelle deux fois envers la

grandeur T et elle ne dépend derien d'autre

Exemple (2) : la capacité thermique molaire a pour dimension L3.M.T-2.Θ-1.N-1

>>> cela signifie qu’elle est proportionnelle 3 fois envers la

longueur (donc Lau cube), proportionnelle 1 fois envers la masse M,

inversement proportionnelle2 fois envers le temps T, inversement

proportionnelle 1 fois envers latempérature Θ et inversement proportionnelle

aussi 1 fois envers la quantité dematière N)   Et rien de plus

 

ATTENTION au SENS DONNÉ PARFOIS au MOT "DIMENSION"

On a vu ci-dessus qu'il y a 7 dimensions basiques, dont la longueur, qui est la plus courante d’usage. A ce titre de vedette des dimensions, elle a souvent monopolisé l'appellation de dimension (comme s’il n’y avait qu’elle !)

Et soudain on risque de lire :

-Espace euclidien à 3 dimensions, ce qui signifie cependant et restrictivement "à 3 coordonnées géométriques de longueur".Le terme "3 dimensions" signifie seulement "3 directions géométriques", ne formant qu'une vraie dimension au sens structurel de longueur (ce n'est pas parce qu'elle intervient au cube dans un volume, que la longueur peut compter comme 3 dimensions structurelles)

-Espace (einsteinien) spatio-temporel à 4 dimensions, mais cela signifie "à 3 coordonnées de la dimension "longueur" et une de la dimension temps (donc il n'y en a que 2 structurellement >>> la longueur et le temps)

-Des espaces à n dimensions, comme ceux de Riemann, de la théorie des cordes, etc., c’est à dire à n coordonnées, en tant que concepts géométriques spatio-temporels (mais il n'y a toujours que 2 dimensions structurelles: la longueur et le temps, car c'est toujours la géométrie que l'on démultiplie)

Dans tous ces cas, le mot "dimensions", est l’abrégé de "dimensions d’espace géométrique ou temporel" et ne modifie pas la somme des vraies 7 dimensions cohérentes des interdépendances

 

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-équilibre (en physique)

EQUILIBRE  signifie stabilité d'un système et égalité des conditions opposables

Pour un système isolé (n’échangeant rien extérieurement) l’équilibre est l’état macroscopique stable, constaté dès que les modifications internes cessent (en pratique, on doit dire "cessent presque")

Donc les variables affectées aux diverses PHASES du système sont respectivement stabilisées.

En mécanique, l'équilibre est la situation d'égalité entre les forces appliquées à l'instant

 

FAUX ÉQUILIBRE

c'est un retard au changement de PHASE (dit aussi état métastabilité)

 

NON-EQUILIBRE

La plupart des conditions appliqués à un phénomène en Physique, concernent un état d'équilibre (on considère en général des systèmes fermés )

Mais, dans la pratique, tous les systèmes ne vont pas spontanément vers un état d'équilibre; la présence de contraintes extérieures, de relaxations très lentes, de conditions vitreuses, etc  provoquent l’apparition de comportements collectifs où figurent des dynamiques complexes, des zones fractales ou des paramètres de transport anormaux.

Il y a des variations, fluctuations.... d'ordre chaotique, qui cependant parfois se stabilisent dans certaines zones

Tout ceci est un champ d'études de la Physique, dit "processus des non-équilibres" ou "structures dissipatives"

 

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-équiprobabilité

L'équiprobabilité est la répartition totalement équilibrée de tous les cas constatés (ou de toutes les issues probables) d'une expérience

Elle s'exprime par : L = -Log w

où L est l'information, Log le logarithme népérien et w la probabilité

Ceci entraîne que l'entropie S = k.Log w est maximale quand il y a soit le minimum d'informations, soit le maximum d'incertitudes

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-équivalent

Le terme "équivalent" signifie "à peu près égal à...." ou "assimilé à", donc c'est un mot ambigu, qui apparaît dans les notions suivantes :

L'ÉQUIVALENT de DOSE (ou dose équivalente) (q’é)

est une dose appliquée à une masse de substance irradiée vivante

 

ÉQUIVALENT ÉLECTROCHIMIQUE

Dans une électrolyse, c'est le comparatif entre ce qui est déposé et la charge électrique qui l'a créé

 

ÉQUIVALENT en EAU  ou VALEUR en EAU

Dans un calorimètre (constitué d’eau incluse dans un récipient, muni de divers accessoires), on évalue les capacités calorifiques de chaque constituant-accessoire (autre que l’eau) et on les transforme en nombre d’unités équivalentes à celles d’une partie d’eau, d’où leur nom de "valeur en eau", ou "équivalent en eau"

 

ÉQUIVALENT MÉCANIQUE de la LUMIÈRE

C'est le rapport symbolisé i2 = (Pp / Pl )entre la puissance (flux) Pp perçue par l'œil (en unité créée pour la circonstance, dite psychophysique et nommée lumen) et le flux énergétique émis par une source Pl (exprimé, lui, en Watts)

Ce rapport est variable selon la longueur d'onde de la radiation lumineuse et il va de 683 (pour une longueur d'onde jaune-verte) à 1 (longueurs d'ondes extrêmes, aux limites de l'infra-rouge ou de l'ultra-violet)

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-espace

L'espace est un ensemble géométrique où les diverses situations d’un phénomène peuvent être appréhendées.

ESPACE de CONFIGURATION 

C'est un domaine ayant des coordonnées spatio-temporelles

Il est défini par un référentiel (système de n coordonnées spatio-temporelles), qui permet de situer un phénomène par rapport à un observateur.

La terminologie particulière d’espace euclidien indique qu’il s’agit d’un référentiel à seulement 3 dimensions géométriques orthogonales

La terminologie d’espace-temps concerne un espace d’évolution, avec le temps en sus des 3 coordonnées géométriques de la Physique euclidienne.

L'espace-Temps est surtout utilisé en Relativité, avec adjonction de la notion de quadrivecteur (ensemble de 4 vecteurs relatifs aux 4 données spatio-temporelles >>>

3 géométriques + 1 de temps)

Quand on exprime les grandeurs en situation relativiste, la 4° dimension (le temps, qui devient fonction de la longueur) impose d'insérer un facteur relativiste dans les équations, d'où la définition de plusieurs quadrivecteurs : --de position-temps (coordonnées)-- de vitesses (mouvements)--d'impulsion (dit d'énergie-impulsion, en redondance)--de potentiel (électromagnétique)

Nota : le facteur relativiste est 1 / (1- v² / c²)1/2    v étant la vitesse du mobile et c la constante d'Einstein

Exemple du quadrivecteur "énergie-impulsion" : c'est  Q = E / Q'.c 

avec E(énergie), Q'(impulsion simple), c(constante d'Einstein)

 

ESPACE des PHASES

 

Il s'agit d'un espace abstrait pour lequel le référentiel a des coordonnées qui ne sont pas obligatoirement géométriques (au lieu des habituelles longueurs, on peut trouver une vitesse, une longueur inverse, une température, etc)

 

ESPACE OPTIQUE

C'est la zone où s'effectuent les expériences avec un espace-objet (où sont situés tous les objets susceptibles d’être appréhendés par un appareil optique) et l’espace-image (où se trouvent toutes les images desdits objets, après leur passage dans l’appareil optique)

 

ESPACE COSMIQUE 

C'est l'ensemble du cosmos

Il inclut l'espace du système solaire (dit "interplanétaire")

 

ESPACE de PHASE

C'est un espace théorique à 2 séries de paramètres (la 1° série étant les ncoordonnées géométriques ci-dessus et la 2° série les ncoordonnées dites canoniques) et est le nombre de degrés de liberté

Les coordonnées canoniques sont les possibilités cinématiques de l'objet inséré dans cet espace (3 quantités de mouvement, elles-mêmes impliquant les vitesses)

-Un espace d’évolution est un espace de PHASE auquel on ajoute une dimension de temps

 

SPATIAL est l'adjectif joint à une quelconque grandeur, quand elle est considérée dans un angle solide : par exemple un champ spatial est un champ inclus dans un angle solide, une énergie spatiale est une énergie contenue dans un angle solide, etc..



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-état (en Physique)

L'état est la situation (configuration) globale d’un système  à un moment donné.

Voici les principaux états utilisés en Physique :

ETAT d’AGRÉGATION (de la matière)

Il s'agit de la structure des éléments constitutifs d'un corp matériel, à un moment donné

Il en existe toute une panoplie:

états solide, liquide, gazeux, plasmatique, de superfluidité quantique, de quasi-cristaux, supersolide.....

 

ETAT CINÉTIQUE

Ensemble de relations énergétiques entre les éléments d'un système

 

ETAT de CONDUCTION

Facilité de circulation de l’électricité (donc propension à produire des électrons)

 

ETAT DIELECTRIQUE

L'état diélectrique caractèrise un corps isolant (qui ne conduit pas les charges électriques)

 

ETAT d’ÉNERGIE VOLUMIQUE ou densité volumique d’état (τ')

Il se définit pour une zone d’énergie, dans un système 

τ’ = n.E / V

avec E(J) = énergie interne (par exemple d'un cristal)

n(adimensionnel) = nombre d’arrangements des composants unitaires

V(m3) = volume

 

ETAT d’ÉQUILIBRE

En thermodynamique, c'est un équilibre local

 

ETAT FONDAMENTAL

Etat d’énergie minimale pour une particule (par ex.l'état fondamental des atomes de valence est celui de ceux présentant le minimum d’énergie)

 

ETAT HYGROMÉTRIQUE (ou Fraction de saturation ou Humidité relative)

Pourcentage de vapeur d’eau de l’atmosphère, c'est à dire :

(pression de vapeur d’eau à température T° ) / (pression saturante à T° )

 

ETAT de MOUVEMENT

Particularité de ce qui bouge (par exemple les transports)

 

ETAT PARTICULAIRE

En Physique quantique, un stock de particules baryoniques , plutôt que d'être appréhendé par des quantités, est plutôt considéré par les états des particules constitutives (ETAT signifiant occupation d’une situation, au sens géométrique, chargé et énergétique)

Il en résulte un calcul de probabilité d’état, dit Statistique, nombre sans dimension dont le symbole de désignation est noté nx)

Par exemple la statistique de Bose-Einstein

 

ETAT de PROBABILITÉ ÉNERGÉTIQUE

w = 1 / e(F’B-1

où w(nombre)= probabilité pour trouver (dans un réseau, à température T) un état d’énergie l’équilibre

avec F’B(nombre)= facteur de Boltzmann

 

ETAT QUANTIQUE

situation (non déterministe), exprimant toutes les probabilités (possibilités) de mesures pour les paramètres d'un système

 

ETAT SPÉCIFIQUE

concernant les caractéristiques spécifiques (d’aspect, de spin, d’isomérie....)

 

ETAT STATIONNAIRE

Etat thermodynamique où les variables d’état ne varient plus, mais où les échanges énergétiques persistent.

Le système reçoit de l’énergie sans que ses variables thermodynamiques changent (ce n’est donc pas un état d’équilibre)

 

ETAT STRUCTUREL d'un MATERIAU

L'état structurel exprime la façon dont sont rangées les molécules (sous forme cristalline, vitreuse, tropique.....)

 

ETAT de VIBRATIONS

t= dE / h.f.nxB.df

avec td(s)= densité d’états de vibrations par zone de fréquences propres

E(J)= énergie interne du cristal

h(J-s)= constante de Planck (6, 62606876.10-34 J-s)

f(Hz)= fréquence

nxB(nombre)= distribution de Bose-Einstein

 

MICRO-ETAT

on évoque ici (en microphysique), l'ensemble des paramètres concernant un volume unitaire (impulsions, nombres quantiques, vitesses....)

 

NOTIONS LIEES

-une variable d'état (ou paramètre d'état ou grandeur d'état)

(pouvant être thermodynamique, électromagnétique, d’espace, etc) :

c'est une grandeur permettant de définir une condition du système et dont l’évolution en fera changer l’état macroscopique .

Une telle variable peut être intensive (quand elle exprime les aspects qualitatifs de l’intérieur d’un système, comme la pression, la température, le potentiel,....)

elle peut être extensive (quand elle concerne les aspects quantitatifs de la matière incluse dans le système, comme la masse, l'énergie interne,....)

-un vecteur d'état

représente géométriquement une variable d’état

-une fonction d'état (représentée par l’équation d’état)

est une formule d’interconnexion entre les grandeurs d’état du système, permettant de le définir à un moment donné de son évolution -mais elle ne concerne pas l’historique ni l’environnement de cet état-

Une fonction d'état est l'état limité à la structure du système et limité à l'instant donné

En thermodynamique par exemple, une fonction d’état concerne la relation instantanée entre la température, la pression, les proportions de composants....

Voir les divers cas d’équation d’état aux chapitres des gaz parfaits, des gaz réels, des liquides et solides (exemples : équation du viriel, équation de Van der Waals...)

En résistance des matériaux, on peut citer la loi de Hooke comme fonction d’état, en électromagnétisme la loi de Curie, etc

 

Une équation d'état est polytropique quand elle ne dépend pas de la température >>

par exemple p = K.ρ' (1+1/np)  où p(Pa) est la pression, K est une constante numérique, ρ'(kg/m3) est la masse volumique, (1 + 1/np) est l'indice adiabatique du matériau (γ) .

Quand np est faible, le matériau est rigide et si np est nul, le matériau est incompressible

-un changement d'état (ou transformation)

représente les modifications de l’état d’agrégation d’un corps et pouvant être un changement physique (comme une transition de PHASE du genre fusion, solidification, sublimation, aimantation....), ou une modification des Variables d’état (soit thermodynamiques, soit électromagnétiques, soit d’espace, etc)

Quand on est dans le cas d'un changement d'état, la configuration initiale est dite "état initial" et sa configuration après le changement est dite "état final"

-une densité d'état

est la fonction de partition* microcanonique** d'un système

* la fonction de partition est une grandeur impliquant les propriétés statistiques des éléments constitutifs d'un système en équilibre thermodynamique

** microcanonique signifie "faisant partie de l'ensemble des systèmes thermodynamiques isolés (de l'extérieur) et d'énergie constante"

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-excitation (en Physique)

Excitation signifie "réception d'une forme d'énergie depuis une source", elle-même dite inductrice (extérieure)

On lit souvent qu’un phénomène d'origine active (fréquence, radiation, source....) est "d’excitation", ce qui est faux, car un phénomène actif est toujours inducteur et c'est lui qui va créer ailleurs une excitation (phénomène passif)

On peut éventuellement dire qu'un inducteur est "excitatif", mais il n'est pas "d'excitation")

 

Premiere application : l'EXCITATION des PARTICULES (élémentaires, molécules, électrons, noyaux....):

L'excitation est ici l’acquisition (par une particule) d’une énergie nouvelle, apportée par une cause excitative (d'induction) externe, qui entraîne la modification soit de sa position, soit de sa rotation, soit de sa vibration, soit des 2 ou des 3. Par exemple un électron heurté par un photon va devenir (ou va avoir un niveau) excité car il va acquérir une nouvelle énergie et va changer d'état énergétique (et changer de niveau)

A l'inverse d'ailleurs, s'il réémet le photon, il va revenir à son niveau d'énergie antérieur

 

Seconde application : l'EXCITATION DANS les INTERACTIONS

Une grandeur énergétique inductrice (entité-charge, champ, FLUX, potentiel....) -et cela aussi bien en gravitation qu'en électromagnétisme- peut, dans certaines circonstances, créer à une certaine distance, une autre grandeur dite induite (ou d'excitation) Ceci correspond à une réception (transfert) d'énergie par interaction.(grâce à des particules transmettrices, dites bosons de jauge)

Les 4 grandeurs ainsi induites dites «charges d'excitation» (masse, couleur, charge électrique et saveur) réagissent par ailleurs entre elles, selon une loi unique: la loi de Newton généralisée

= [X1. X2]..(1 + e-l1/ l2]/ Ω.l1²

F(N)= force d'interaction

X1 et 2 sont 2 entités-charges induites de même nature qui interagissent

  est le facteur (ou coefficient) de milieu, c’est à dire une caractéristique (dimensionnelle) de l’endroit (le milieu) où s'effectue l’interaction

l1(m)= distance entre les entités-charges

l2(m)= distance limite de l’interaction (dite portée)

Ω(sr) est l'angle solide à l’intérieur duquel s’effectue l’interaction et qui est souvent l’espace entier (mais pas nécessairement) Si c'est l'espace entier, Ω vaut 4 stéradians

α = [e-l1/ l2 est la constante de couplage

si les grandeurs induites sont des masses(m)   est la constante de gravitation symbolisée [valant 8,385.10-10m3-sr/kg-s²]: c'est l'interaction gravitationnelle

si les grandeurs induites sont des quantités de mouvement ou couleurs(Q') est le facteur de Yukawa symbolisé Y (valant 9,32.10-27m-sr/kg): c'est l'interaction forte

si les grandeurs induites sont des charges électriques (Qest l'inductivité symbolisé ξ’(valant 1,129409068.1011m-sr/F): c'est l'interaction électromagnétique

si les grandeurs induites sont des masses magnétiques ampèriennes ou saveurs (K)est la perméabilité magnétique μ (valant 1,2566370614.10-6 H-sr): c'est l'interaction faible

 

GRANDEURS UTILISEES pour l'EXCITATION

-les entités-charge induites (ou d'excitation)

En gravitation >>> cette entité-charge est la  masse m (dimension M)

En électricité >>> cette entité-charge est la charge électrique Q (dimension T.I)

En gravitation conjointe >>> l'entité-charge est la quantité de mouvement ou couleur Q'm (L.M.T-1)

En magnétisme (conjoint de l'électricité) >>> cette entité-charge est la masse magnétique ampèrienne ou saveur (dimension L.I)

-les FLUX induits (ou FLUX d'excitation)

En gravitation >>> c'est le FLUX gravitationnel induit L* (dimension M.A-1)

En électricité >>> c'est le FLUX d'excitation électrique F(dimension T.I.A-1)

En gravitation conjointe >>> c'est le FLUX dynamique F* (dimension L.M.T-1.A-1)

En magnétisme >>> c'est le FLUX d'excitation magnétique B'(dimension L.I.A-1)

-les entités-charges linéiques induites (ou d'excitation)

En gravitation >>> c'est la masse linéique m* (dimension L-1.M)

En électricité >>> c'est la charge linéique électrique q* (dimension L-1.T.I)

En gravitation conjointe >>> c'est le débit-masse M* (dimension M.T-1)

En magnétisme >>> c'est la puissance de feuillet magnétique i(dimension I)

-les potentiels induits (ou potentiels d'excitation)

En gravitation >>> c'est le potentiel gravitationnel de Yukawa j* (dimension L-1.M.A-1 )

En électricité >>> c'est le potentiel d'excitation électrique (dimension L-1.T.I.A-1)

En gravitation conjointe >>> c'est le potentiel d'excitat° gravitant  i' (dimension M.T-1. A -1)

En magnétisme >>> c'est le potentiel d'excitation magnétique  I' (dimension I.A -1)

-les entités-charges surfaciques induites (ou d'excitation)

En gravitation >>> c'est la masse surfacique Y' (dimension L-2.M)

En électricité >>> c'est la polarisation électrique σ (dimension L-2.T.I)

En gravitation conjointe >>> c'est la viscosité dynamique η (dimension L-1.M .T-1)

En magnétisme >>> c'est l'aimantation (dimension L-1.I)

-les champs induits (ou champs d'excitation)

En gravitation >>> c'est le champ de gravitation induit g' (dimension L-2.M.A-1 )

En électricité >>> c'est le champ d'excitation (déplacement) D(dimension L-1.T.I .A-1)

En gravitation conjointe >>> c'est le champ dynamique S' (dimension M.T-2. A -1)

En magnétisme >>> c'est le champ d'excitation magnétique H(dimension L-1.I .A-1)

-les entités-charges volumiques induites (ou d'excitation)

En gravitation >>> c'est la  masse volumique (dimension L-3.M)

En électricité >>> c'est la charge électrique volumique V' (dimension L-3 .T.I)

En gravitation conjointe >>> c'est l'impulsion volumique (dimension L-2.M .T-1)

En magnétisme >>> c'est la densité superficielle de courant ρ* (dimension L-1.I )

-les entités-charges volumiques angulaires induites (ou d'excitation)

En gravitation >>> c'est la masse volumique spatiale  j* (dimension L-3.M.A-1 )

En électricité >>> c'est la densité superf. de potentiel de charge (dimension L-3.T.I .A-1)

En gravitation conjointe >>> inusité (dimension L-2.M.T-1.A-1)

En magnétisme >>> c'est le courant surfacique spatial J (dimension L-2.I .A-1)

-les moments d'entité-charge induite (ou d'excitation)

En gravitation >>> c'est le moment statique M(dimension L.M)

En électricité >>> c'est le moment électrique coulombien Mé (dimension L.T.I)

En gravitation conjointe >>> c'est l'action a (dimension L2.M .T-1)

En magnétisme >>> c'est le moment magnétique  ampèrien Mg (dimension L².I)

-les moments de FLUX induits (ou de FLUX d'excitation)

En gravitation >>> c'est le moment statique spatial (dimension L.M.A-1 )

En électricité >>> c'est le moment électrique intrinsèque M(dimension L.T.I .A-1)

En gravitation conjointe >>> c'est le moment cinétique M(dimension L2..M.T-1.A-1 )

En magnétisme >>> c'est le moment électrocinétique (magnéton) μ' (dimension L2.I .A-1)

 

EXCITATIONS ÉLECTRIQUE, MAGNÉTIQUE, MÉCANIQUE, ROTATOIRE, VIBRATOIRE

-l'excitation électrique est un terme raccourci pour champ d’excitation électrique

-l'excitation magnétique est un terme raccourci pour champ d’excitation magnétique

-l'excitation mécanique concerne l'apport énergétique produit par une force externe (par exemple une corde tendue est dite excitée, quand une force latérale induit une amplitude latérale)

-les excitations rotatoire et vibratoire (ar) sont des cas particuliers d’action (qui est une grandeur induite -un moment- comme vu ci-dessus)

Equation aux dimensions structurelles : L².M.T -1       Symbole a       

Unité S.I + : Joule- seconde (J-s)

 

RELATION ENTRE EXCITATION ET INDUCTION

Etant donné que l'une crée l'autre, il y a obligatoirement liaison intime entre les 2 notions : chaque grandeur d'excitation est reliée à la grandeur inductrice qui la crée par la formule très générale:

grandeur d'excitation = grandeur inductice / facteur de milieu correspondant

Exemples : m = Y*/ G  où m est la masse (entité-charge d'excitation, ou induite), Y* la charge mésonique (entité-charge inductrice) et le facteur de milieu de la gravitation, nommé "constante de gravitation"

autre exemple : σ = E'/ ξ'   σ est la polarisation électrique (grandeur induite), Eest l'électrisation (inductrice) et ξ' l'inductivité (qui est le facteur de milieu pour l'électricité)

 

EXCITON: c'est une quasi-particule  qui résulte de la propagation progressive d'une énergie de source externe, dans les molécules d'un diélectrique

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-exitance

L'exitance est une puissance surfacique spatiale émise (cas des rayonnements émis par des petites surfaces)

Synonymes : débit de fluence énergétique

L'exitance est utilisée aussi bien pour la lumière que pour les rayonnements thermiques et même ionisants

Equation de dimensions  : M.T-3.A-1       Symboles de désignation Dy      

Unité S.I.+ : W/m²-sr

Dy = P / S.W

avec Dy(W/m²-sr)= exitance énergétique (émise)

P(W)= puissance émise par une petite surface S(m²) en un angle solideΩ(sr)

Nota : si l'émission provient de grandes surfaces, on nomme cette grandeur Emittance

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