Sometimes I have to put text on a path

Wednesday, April 1, 2015

potentiel Lennard-Jones ,potentiel de Morse: énergie potentielle, Pourquoi cela peut être négatif?

Il existe une grande diversité de "potentiel" en fait d'énergie potentielle d'un système.

Mais la grandeur principale est LE SYSTEME CONSIDERE.
puis son énergie totale (en fonction de certains paramètres comme la distance entre deux atomes).
En fait on s'intéresse le plus souvent au puits de potentiel et à leur forme:
http://fr.wikipedia.org/wiki/Puits_de_potentiel

2 types d'example de potentiel:

En rouge = le système considéré.
Le potentiel est une énergie= surlignée en jaune

1/ Le potentiel de Lennard-Jones (ou 6-12) est souvent utilisé pour décrire les interactions entre 2 atomes au sein d'un gaz monoatomique de type gaz rare.


Avec r_0  la distance pour laquelle E_p(r_0) = 0
Des valeurs typiques pour l'argon sont : r_0 = 3,35 \ \AA  et : E_0 \simeq 0,01   eV.
Remarque c'est une énergie très petite à température ambiante...

Le terme à la puissance 6, terme attractif dominant à grande distance, porte le nom d'interaction de Van der Waals ; on peut le démontrer rigoureusement dans le cadre de la physique classique. En revanche, l'exposant 12 du terme répulsif, dominant à courte distance, est empirique : il s'agit là de rendre compte de façon ad-hoc de la répulsion électrostatique entre les électrons, qui empêche l'interpénétration mutuelle des nuages électroniques de deux atomes.

2/ Le potentiel de Morse, nommé d'après le physicien Philip Morse, est un modèle pratique d'énergie potentielle pour une molécule diatomique
Potentiel de Morse (en bleu) et potentiel d'oscillateur harmonique (vert). Contrairement aux niveaux d'énergie du potentiel d'oscillateur harmonique, séparés de ħω, l'espacement entre niveaux du potentiel de Morse décroît lorsque l'énergie approche de l'énergie de dissociation. La profondeur du puits De est plus importante que l'énergie de dissociation D0 en raison de l'énergie de point 0 du niveau vibrationnel le plus bas (v = 0). D0 est la grandeur accessible à l'expérience.

La fonction d'énergie potentielle de Morse est de la forme :
V(r) = D_e ( 1-e^{-a(r-r_e)} )^2 + V(r_e).
où r est la distance entre atomes, r_e est la longueur de la liaison à l'équilibre, D_e est la profondeur du puits (définie par rapport aux atomes dissociés) et a contrôle la « largeur » du potentiel. L'énergie de dissociation de la liaison peut être calculée en soustrayant l'énergie de point zéro E(0) de la profondeur du puits. La constante de force de la liaison peut être trouvée en prenant la dérivée de la fonction d'énergie potentielle, à partir de laquelle on peut montrer que le paramètre, a, est :
a=\sqrt{k_e/2D_e},
où k_e est la constante de force au minimum du puits.

Alors pourquoi un potentiel négatif ou une énergie négative?

Ce n'est pas vraiment un potentiel, il y a écrit (eV c'est-à-dire electron volt) c'est une énergie
en fait ces graphs représentent l'énergie totale lors d'une interaction de 2 particules (atomes,molécules) :
équilibre entre attraction/répulsion.
Au minimum on trouve la longueur minimale entre 2 particules ainsi que l'énergie minimale pour laquelle le système est en équilibre (on cherche tjrs à minimiser l'énergie)

La valeur d'un potentiel ou d'une énergie potentielle n'a pas de grand sens en elle-même, étant donné qu'on peut rajouter une constante sans rien changer car c'est la dérivée de celle-ci qui est importante. Pour fixer cette constante on a l'habitude de prendre comme convention que le potentiel s'annule à l'infini. On peut le comprendre ainsi: une particule seule signifie que l'autre est à l'infini (ou très oin) son énergie d'interaction est donc négligeable donc ~0. Un potentiel négatif correspond alors à une situation plus stable que lorsque les deux particules ne sont pas liées (= à l'infini) et donc ~0.  Inversement pour un potentiel positif, la situation n'est pas stable: un potentiel ayant une grande valeur positive correspond à un état fortement défavorable, on dit que c'est un mur...
Pour déterminer la position d'équilibre, il faut se rappeler que la force est l'opposée du gradient du potentiel. 

F=-∂U/∂r
Pour un problème ne dépendant que de r: F=-dU/dr ~ -∆U/∆r

C'est homogène car une énergie est bien une force*longueur.  Une variation d'énergie potentielle est une "force*∆longueur"...

Un potentiel décroissant correspond à une force répulsive (F>0 donc dirigé vers l'extérieur). Un potentiel croissant correspond à une force attractive. La position d'équilibre est donc le minimum du potentiel.







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