d'où vient la transparence du verre?

obiyann

Bonjour les padawans de la physique. Aujourd'hui je vous explique la raison de la transparence du verre et ce grâce à la physique quantique!! N'hésitez pas à partager cette vidéo, c'est gratuit  Ma chaine twitch: https://www.twitch.tv/obiyann Facebook: https://www.facebook.com/obiyannexplique twitter: https://twitter.com/obiyannexplique instagram: https://www.instagram.com/obiyannexplique/?hl=fr   source: https://www.youtube.com/watch?v=FnDP1sjKGfU https://www.youtube.com/watch?v=CVsdXKO9xlk https://www.youtube.com/watch?v=VwRLIt6jgdM https://www.youtube.com/watch?v=ajlUCFZ1Ft8 https://www.youtube.com/watch?v=6e-lmp5rdZo https://www.youtube.com/watch?v=BKXoHeUgMDA

Transcript

00:00 Bon d'habitude dans mes intros, je fais toujours une vanne en rapport avec le sujet de la vidéo.

00:03 Aujourd'hui, j'ai envie de me faire plaisir.

00:05 Du coup, je vais vous faire un petit monsieur et madame.

00:07 Monsieur et madame Tom j'en ai défoncé dans ma vie en tant que fils.

00:10 Comment il s'appelle ?

00:12 Fusion !

00:13 Bonjour les padawans de la physique, Obi-Wan pour vous servir.

00:19 Bienvenue sur la chaîne qui répond à vos questions.

00:21 Et pour ce faire, laissez-les en commentaire et je répondrai lors d'une prochaine vidéo.

00:25 Aujourd'hui, on répond à Stéphane et on voit pourquoi le verre est transparent.

00:28 C'est une très bonne question. Mais avant de commencer l'explication, il va falloir qu'on définisse quelques termes.

00:32 Bon, le premier terme à définir, surtout quand on parle de transparence, ça va être la lumière.

00:36 C'est quoi la lumière ?

00:37 Et oui, parce qu'on a vite fait de confondre la lumière et l'ensemble du spectre des ondes électromagnétiques.

00:41 Parce que la lumière est bien une onde électromagnétique,

00:43 mais une onde électromagnétique avec une longueur d'onde comprise entre 400 et 800 nanomètres environ.

00:47 Toutes les autres longueurs d'onde, ce sont des ondes électromagnétiques, mais ce n'est pas de la lumière.

00:51 Petit rappel, qu'est-ce que c'est une longueur d'onde ?

00:53 Eh bien, la longueur d'onde, c'est la longueur d'un motif qui se répète ad litem aeternam.

00:58 Pour faire simple, c'est à peu près la même chose que la période d'un signal sinusoïdal.

01:01 Sauf que la longueur d'onde, c'est une longueur, donc c'est en mètres.

01:03 Et la période, c'est simplement le temps que va mettre le signal pour créer un motif.

01:06 Si vous voulez en savoir plus sur la lumière, ça tombe très bien, j'ai fait une vidéo que vous pourrez trouver juste ici.

01:11 Bon, c'est bien, on vient de définir ce qu'était la lumière.

01:13 Mais transparent, ça veut dire quoi transparent ?

01:16 Bah, c'est quelqu'un qui a changé de sexe et qui a un enfant.

01:18 Mais non, ça c'est un parent trans abruti.

01:20 Eh bien, la définition de transparent, c'est la capacité qu'a un corps à laisser passer la lumière

01:25 et à laisser paraître avec netteté un objet qui se situe derrière.

01:28 *Bruit de gorge*

01:29 Et bien sûr, il y a l'inverse de transparent. L'inverse de transparent, bah c'est opaque.

01:33 Eh oui, opaque, ça veut dire qu'on voit rien au travers.

01:35 Et la dernière chose à définir, bah c'est quoi le verre ?

01:37 Le verre, pour faire très très simple, c'est du dioxyde de silicium.

01:41 Un atome de silicium avec deux atomes d'oxygène.

01:44 Et le silicium, on l'a déjà vu dans plusieurs vidéos à chaque fois qu'on a parlé des semis conducteurs.

01:48 Vous vous rappelez, on avait fait une vidéo sur la diode et une vidéo sur les transistors.

01:51 Sauf que là, évidemment, l'application du silicium n'a rien à voir.

01:54 Eh bien, est-ce que vous savez où on trouve du silicium ?

01:57 Non ? Eh bien, dans du sable.

01:59 Du sable spécifique, mais dans du sable quand même.

02:01 Quand on chauffe suffisamment ce sable, et qu'on y ajoute de la soude et de la chaux,

02:06 on va avoir un liquide.

02:08 Un liquide qui, une fois qu'il se solidifiera, deviendra du verre.

02:11 Verre qui a donc la propriété d'être transparent.

02:14 Alors là, vous allez me dire "Bon, tu parles, tu parles, mais on sait toujours pas pourquoi c'est transparent."

02:18 Effectivement, mais j'ai encore plein de choses à vous dire avant de comprendre pourquoi il est transparent.

02:23 Pour ceux qui me suivent régulièrement, vous savez qu'on a déjà vu dans plusieurs vidéos

02:27 les interactions entre les photons et la matière.

02:29 Mais vu que potentiellement, il y a des nouveaux arrivés sur la chaîne,

02:33 je vais réexpliquer très brièvement les différents modèles que nous allons utiliser pour l'atome.

02:37 Le modèle le plus couramment utilisé, en tout cas pour des béossiens,

02:41 pour des gens qui ne connaissent pas la physique et la chimie,

02:43 c'est le modèle de Rutherford.

02:44 Quand je vous parle d'atome, vous pensez forcément à un noyau au centre

02:47 et des électrons qui gravitent autour.

02:49 Sauf que ce modèle est complètement faux.

02:51 Enfin, c'est facile pour notre cerveau de comprendre comment ça fonctionne,

02:54 parce qu'on connaît des systèmes solaires par exemple,

02:57 mais ça n'est pas du tout la réalité physique.

02:59 Et ça va pas complètement nous permettre de comprendre pourquoi le verre est transparent.

03:03 Cependant !

03:05 Ce modèle a un avantage.

03:07 Vous avez certainement déjà entendu parler

03:09 qu'un atome est rempli essentiellement de vides.

03:12 Comme ta tête ?

03:13 Pour vous donner un ordre de grandeur et pour ramener ça à échelle humaine,

03:16 si le noyau était un ballon de foot,

03:18 vous voyez ce que ça représente un ballon de foot ?

03:20 Les électrons seraient situés à 22 km du ballon.

03:22 Ce qui montre bien qu'un atome, c'est plein de vides.

03:25 Et là, certains vont se dire évidemment, vu que c'est plein de vides,

03:27 c'est normal qu'il y a la lumière qui traverse.

03:29 Et si vous vous êtes dit ça au moment où je vous l'ai expliqué,

03:32 et bien c'est que...

03:33 Vous êtes trop con !

03:34 Putain, c'est horrible de dire ça.

03:35 Bah oui, les matières opaques sont aussi composées d'atomes,

03:38 donc aussi composées essentiellement de vides.

03:40 Donc le fait qu'une matière est transparente n'a rien à voir avec le fait

03:43 que les atomes sont composés de vides.

03:45 Il doit y avoir une solution ailleurs.

03:47 Et c'est maintenant qu'on revoit un modèle qu'on a déjà vu par le passé.

03:50 Le modèle de Bohr.

03:51 Je vous rassure, le modèle de Bohr, il est faux lui aussi.

03:53 Mais il est un peu moins faux, on pourrait dire.

03:55 Dans ce modèle, modèle théorique,

03:57 les électrons sont en orbite.

03:59 Mais pas dans un système planétaire comme dans le modèle de Rutherford.

04:02 Parce que chaque orbite a un niveau d'énergie.

04:05 Et donc, les électrons situés sur les orbites

04:07 sont à une énergie correspondante à l'énergie de cette orbite.

04:11 En général, quand on représente ça,

04:13 on voit donc en fait ce qu'on appelle des couches électroniques.

04:16 Avec, comme je viens de le dire, pour chaque couche, un niveau d'énergie spécifique.

04:20 Mais on peut représenter ça un peu différemment.

04:22 C'est une autre représentation mais qui veut dire la même chose.

04:24 On peut donc aussi représenter ces couches sous forme de diagramme.

04:27 Sur la gauche, en ordonnée si vous voulez,

04:29 il va y avoir l'énergie croissante.

04:31 Allant de l'état E0, qui est l'état fondamental,

04:35 ça veut dire que l'électron est sur sa couche normale, il ne s'est rien passé.

04:38 Ensuite, des états E1, E2, E3.

04:41 Ça, ça va être les états qu'on dit "excités".

04:43 Notre électron a été excité.

04:45 On lui a donné l'énergie, il a sauté d'une couche.

04:47 Et puis on a enfin E infini.

04:49 E infini, c'est quoi ?

04:50 C'est qu'on a donné à l'électron assez d'énergie

04:52 pour se barrer du cortège électronique.

04:53 C'est comme ça qu'on va créer un nyon.

04:55 L'ouracane.

04:57 Ouais, parce qu'il veut donner un nyon.

04:58 C'est de la merde.

04:59 Et c'est maintenant que je vais me prendre pour le plus grand vulgarisateur de YouTube.

05:02 Pour plus d'e-penser.

05:03 Avec moins de talent quand même.

05:04 Ouais, c'est pas faux.

05:06 Je vais donc faire une parenthèse.

05:08 Est-ce que vous avez vu l'unité qui est en ordonnée, l'unité de l'énergie ?

05:11 C'est marrant, c'est pas des joules.

05:12 C'est des EV.

05:13 Eh bien, EV, ça veut dire électronvolte.

05:15 Mais électronvolte, ça ne doit pas vous dire grand-chose.

05:17 Enfin, sauf si vous connaissez déjà.

05:18 Mais autrement, si vous ne connaissez pas, vous ne devez pas trop savoir ce que c'est.

05:21 Bon, vous avez compris que c'est l'unité d'une énergie.

05:23 Mais c'est pas des joules, donc c'est bizarre.

05:26 Eh bien, imaginez-vous que quand on est à la taille de particules des atomes, par exemple,

05:29 des toutes petites particules, si on devait parler en joules,

05:32 on devrait parler en 10-17, 10-18, 10-19 joules.

05:36 C'est-à-dire qu'en fait, on aurait un zéro avec des dizaines de zéros après la virgule.

05:39 Difficile de faire des calculs ou même d'appréhender les ordres de grandeur.

05:43 On va donc utiliser un petit subterfuge.

05:45 Ce qui va nous permettre de mieux appréhender les ordres de grandeur d'énergie

05:48 quand il s'agit de particules subatomiques ou de particules qui composent des atomes.

05:52 Et donc, un électronvolte, qu'est-ce que c'est ?

05:54 Eh bien, c'est l'énergie due à l'accélération d'un électron

05:57 quand il est soumis à une différence de potentiel de 1 volt.

06:00 Et là, il faut imaginer un truc.

06:02 Imaginez deux plaques de métal.

06:03 Chaque plaque de métal a un potentiel.

06:05 Un potentiel négatif d'un côté, un potentiel positif de l'autre.

06:09 La différence de potentiel entre les deux est de 1 volt.

06:12 Sur la plaque négative, il y aura mes électrons.

06:15 Je rappelle que la charge d'un électron est négative.

06:17 Vu que la charge est négative, l'électron va être attiré par le potentiel positif.

06:21 Ce qui fait que notre électron va se déplacer de la plaque moins vers la plaque plus.

06:25 Il va donc s'accélérer.

06:26 Pour qu'il s'accélère, il a besoin d'énergie.

06:29 Eh bien, cette énergie nécessaire à l'accélération est égale à ce qu'on appelle un électronvolte.

06:35 Et donc, un électronvolte, c'est égal à quoi ?

06:37 C'est égal à 1,6 10-19 joules.

06:40 Vous voyez ce que je vous disais, c'est tout petit.

06:42 Et fin de la parenthèse.

06:43 Revenons donc maintenant à notre diagramme énergétique.

06:46 Prenons un exemple concret.

06:48 Pour qu'un électron passe de l'énergie E0, c'est-à-dire à son état stable, à l'énergie E1.

06:53 Donc en état excité.

06:55 Vous vous doutez bien que la différence entre E1 et E0, il y a un niveau d'énergie entre les deux.

07:00 On a dit que chaque étage avait son propre niveau d'énergie.

07:04 Eh bien, il va falloir fournir à l'électron l'énergie exacte nécessaire à monter d'un étage.

07:11 Si on lui donne trop, il ne peut pas aller plus haut.

07:14 Donc il ne bougera pas.

07:15 Si on lui donne pas assez, pareil, il ne bougera pas.

07:18 Donc pour résumer, pour que mon électron passe d'une couche inférieure à une couche supérieure,

07:22 il a besoin qu'on lui fournisse l'énergie exacte nécessaire à passer d'une couche à l'autre.

07:28 Quand un photon arrive et percute un électron,

07:30 si l'énergie de ce photon est à l'exacte valeur du gap d'énergie entre deux couches,

07:36 l'électron va être excité et le photon va lui donc disparaître.

07:40 Et pouf, il est perdu.

07:41 Et là, normalement, vous venez de comprendre ce que c'était l'opacité.

07:44 Bah oui, il y a un photon qui arrive, il fournit son énergie, il disparaît.

07:48 S'il disparaît, il ne peut pas réapparaître de l'autre côté.

07:50 Donc ça veut dire que le milieu est opaque.

07:52 En fait, tout n'est qu'une question d'énergie.

07:54 Si on prend l'exemple de la lumière visible,

07:56 les photons de la lumière visible ont une énergie assez faible,

07:58 de 2 à 3 électronvolts environ.

08:00 Elle est trop faible pour faire passer un électron du cortège électronique des atomes composant le verre

08:05 d'un état fondamental à un état excité.

08:07 Il n'y a donc pas d'interaction entre les photons de la lumière visible et les atomes du verre.

08:12 Les photons, donc, traversent le verre.

08:15 C'est pour ça que le verre est transparent.

08:17 Par contre, les photons ultraviolets, eux, sont beaucoup plus énergétiques.

08:21 Ils ont plus d'énergie que les photons composant la lumière visible.

08:25 Et comme par hasard, leur énergie est pile poil celle qui est nécessaire

08:29 pour faire passer un gap d'énergie aux électrons du verre.

08:32 C'est pour ça que si vous vous mettez derrière une vitre et que vous regardez le soleil,

08:35 ça va être difficile de bronzer.

08:37 Donc nous, on dit que le verre est transparent.

08:39 Mais en fait, en toute rigueur, on devrait dire que le verre est transparent à la lumière visible.

08:43 J'ai un autre exemple qui lui va parler de l'inverse.

08:46 Vous avez certainement chez vous une box internet.

08:48 Cette box internet est dans une pièce.

08:50 Normalement, dans votre maison, dans votre appartement, il y a des murs partout.

08:53 Et pourtant, quand on est dans une autre pièce que celle où il y a la box,

08:57 eh bien, on capte le wifi.

08:59 Le wifi qui, je le rappelle, est aussi une onde électromagnétique.

09:03 Donc le wifi passe à travers les murs, mais pourtant la lumière, elle, elle ne passe pas.

09:07 Sauf si vous avez des murs en verre, mais ça, j'ai des gros doutes.

09:10 Donc le mur est opaque à la lumière visible, mais par contre, il est transparent aux ondes wifi.

09:16 Et donc en vrai, la définition du dictionnaire que je vous ai donné en début de vidéo,

09:19 elle est compréhensible pour l'ensemble des humains que nous sommes,

09:22 mais elle ne montre pas la réalité physique de ce qui se passe.

09:25 En gros, pour faire simple, on pourrait dire que, suivant les types d'ondes,

09:28 tout peut être transparent ou opaque en fonction de l'onde qu'on regarde.

09:32 Et voilà, c'est tout pour moi. J'espère que cette vidéo vous a plu.

09:34 Si c'est le cas, vous connaissez la chanson.

09:36 On s'abonne, le petit like et la cloche.

09:39 C'était... Ah non, attends, j'allais oublier.

09:41 C'était Derek. C'est bon pour vous ?

09:44 Allez, c'était Obi-Wan qui vous dit que la science soit avec vous.

10:02 Je ne t'en prends pas, la virette, la virette...

10:07 *rire*

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