La science en vidéos

[Rincevent]

On a déjà beaucoup de fils consacrés aux vidéos en Taverne, mais je pense que certaines d'entre elles, de vulgarisation plus ou moins avancée, méritent plutôt une place dans ce sous-forum.

 

Je commence avec Veritasium, qui n'avait pas fait une vidéo aussi intéressante depuis bien longtemps. Non, l'énergie électrique ne passe pas par les fils :

 

 

[Vilfredo]

Ah Veritasium mais qu’est-ce que c’est bien quand il parle pas de politique

Sa vidéo sur l’histoire de la résolution des équations du second degré était bien aussi

[Prouic]

C'est exactement ça !

 

[Rincevent]

il y a une heure, Vilfredo a dit :

Veritasium mais qu’est-ce que c’est bien quand il parle pas de politique

Et qu'il ne joue pas les VRP de boîtes de la Silicon Valley.

[fm06]

Très beau travail en effet. On est bien loin de U=R x I. J’ai de bons souvenirs des equation de Maxwell en prépa. J’aurais adoré calculer ce genre de truc.

[Rübezahl]

Le 19/11/2021 à 20:03, Rincevent a dit :

Je commence avec Veritasium, qui n'avait pas fait une vidéo aussi intéressante depuis bien longtemps. Non, l'énergie électrique ne passe pas par les fils :

Vidéo effectivement excellente, à recommander vu sa courte durée.

Pour ceux intéressés par ces questions, Les cahiers de S&V avaient publié un super numéro sur Hertz (HS 30, déc 1995).

Hertz qui est a priori le premier à avoir vérifié expérimentalement les éqs de Maxwell.

Il y a en particulier la description fascinante (à tomber par terre) de l'expérience, en une dizaine d'étapes, où Hertz,

démarre avec 2 circuits entièrement connectés filairement et observe des étincelles,

et termine finalement avec 2 circuits disjoints ... et observe toujours encore ces fameuses étincelles.

C'est tout bonnement extraordinaire, quasi de la magie, un très grand moment pour la science.

 

(ça permet aussi de méditer sur la réelle utilité des modèles explicatifs et/ou calculatoires, et qui peuvent être de fait sévèrement faux).

 

edit : 2.7M de vues pour une vidéo publiée le 29.11 ... wouaw !

[Boz]

Je n'arrive pas à comprendre son explication...

Si l'énergie passe par l'espace et pas par le fil, pourquoi la résistance dans l'ampoule doit-elle être connectée physiquement au circuit ? On pourrait la poser juste à côté ! (Je sais que ça ne marche pas, hein, mais je bloque à ce stade).

[Rübezahl]

En fait, le fil est absolument nécessaire/indispensable, car il est de fait le guide (le fil conducteur ah ah) pour cette énergie.

Couper le fil = couper le guide le long duquel l'énergie est baladée.

C'est juste qu'il ne faut pas confondre le mince fil d'Ariane qui pilote l'énergie, avec le véhicule/support physique de l'énergie/puissance.

[fm06]

Je pense effectivement qu’il manque une explication: les champs électromagnétiques se propagent très bien dans le vide. Les câbles métalliques permettent de les orienter dans une direction particulière. La raison pour laquelle les champs s’orientent comme ça n’est pas expliquée dans la vidéo. Il faudrait une vidéo rien que pour ça et je serais bien en peine de l’expliquer sans sortir un arsenal mathématique rébarbatif. La pédagogie c’est un vrai métier…

[Boz]

J'ai pas été clair : je ne parle pas de couper le fil (là j'ai compris : plus de déplacement d'électrons, plus de champs, plus d'énergie). Je parlais de juste sortir l'ampoule de la boucle et de la poser à côté.

[Rübezahl]

... sortir l'ampoule de la boucle, c'est bien physiquement couper le circuit.

[Boz]

3 minutes ago, Rübezahl said:

... sortir l'ampoule de la boucle, c'est bien physiquement couper le circuit.

Ok donc je suis bel et bien paumé (j'ai appris ces choses là il y a bien des années mais j'ai manifestement tout oublié).

Pourquoi l'ampoule est-elle nécessaire au mouvement des électrons ?

[Rübezahl]

L'ampoule classique, à filament, c'est juste un fil en matière conductrice, de faible section,

(de manière à ce qu'il s'échauffe plus vite qu'un fil de fort diamètre, et que l'échauffement provoque incandescence/émission de lumière).

 

Bref, l'ampoule à filament c'est juste un fil électrique (un peu particulier).

[Jensen]

Et si on reprend son exemple, et on colle l'interrupteur au plus loin possible de la terre, que se passe-t-il quand quelqu'un l'actionne? De deux choses l'une:

- l'ampoule réagit instantanément => violation de la relativité

- l'ampoule réagit avec un délai => mais alors, la longueur du fil a bel et bien une importance?

 

Et c'est bien évidemment la deuxième solution, parce que la relativité ne va pas se laisser violer comme ça.

 

D'autre part, le mouvement des électrons est absolument nécessaire à la propagation du champ électro-magnétique. C'est pour ça qu'un interrupteur marche. Et dans l'ampoule même, c'est bien le mouvement des électrons qui accompli la transformation de l'énergie électrique en chaleur.

 

Bref, ce côté "l'énergie n'est pas dans le fil", c'est vrai d'un point de vue mathématique, et ça a quelques conséquences réelles, mais c'est aussi beaucoup de sexe des anges. Au final, le modèle "électricité dans le fil" garde un meilleur pouvoir explicatif qu'un modèle "l'électricité se balade comme ça dans l'air".

 

4 hours ago, Boz said:

J'ai pas été clair : je ne parle pas de couper le fil (là j'ai compris : plus de déplacement d'électrons, plus de champs, plus d'énergie). Je parlais de juste sortir l'ampoule de la boucle et de la poser à côté.

Pour le coup, si l'ampoule est remplacée par un fil ordinaire, il est possible qu'elle s'allume en étant à côté du circuit, moyennant quelques conditions (principalement un courant alternatif).

 

Maintenant, je me pose d'autres questions.

Au moment où l'interrupteur a côté de la batterie est actionné, le résultat sur l'ampoule doit être identique que le circuit soit coupé à son extrémité lointaine ou non, puisqu'il n'y a aucun moyen de "connaître" son état. Donc si l'interrupteur lointain est ouvert au même moment que l'interrupteur proche est fermé, on devrait voir l'ampoule s'allumer, puis s'éteindre quand l'information du circuit lointain arrive jusqu'à l'ampoule.

En réfléchissant de manière transitoire, ça marche.

On ferme le circuit. Les électrons se mettent à se déplacer côté batterie, générant un champ magnétique, forçant les électrons côté ampoule à se déplacer dans la direction inverse (et ceci que les circuits soient connectés ou non) => l'ampoule s'allume.

L'onde électromagnétique, et donc le mouvement d'électrons (dans les deux fils, l'un en sens inverse de l'autre) arrive à l'extrémité du fil. Et là:

- si le circuit est ouvert, le mouvement s'arrête, les électrons s'accumulent d'un côté de l'interrupteur. On a formé une sorte de condensateur. L'accumulation d'électrons d'un côté génère un 2e champ électrique, exactement opposé au champ de la batterie, qui se propage dans l'autre sens le long du fil, jusqu'à revenir à la batterie et à l'ampoule. Quand ça arrive, tous les électrons sont stoppés puisque les deux champs s'annulent, l'ampoule s'éteint 1s après s'être allumée (en vrai on aurait sans doute un phénomène oscillatoire, mais passons).

- si le circuit est fermé, les électrons continuent gaiement leur mouvement, l'ampoule reste allumé

Ça se tiens.

 

Mais parlons un peu d'impédance. Un circuit qui fait 2 seconde-lumière de long, ça aurait une impédance de malade, et donc vitesse de la lumière mis à part, le courant mettrait un moment à s'établir, donc l'ampoule devrait s'allumer lentement de toute façon. Si les fils "batterie" et "ampoule" sont extrêmement proches, l'impédance se rapproche de 0, mais leur couplage magnétique augmente fortement, et donc le mouvement d'électron initial peut être suffisant pour allumer réellement l'ampoule. Ça se tient.

 

Mais du coup, dans leur expérience où la batterie et l'ampoule sont à 1m d'écart, à moins d'utiliser un très haut voltage, même si l'ampoule s'allume techniquement tout de suite, elle resterait trop faible pour être vue à l'œil nu.

[Rübezahl]

Il y a 8 heures, Jensen a dit :

Bref, ce côté "l'énergie n'est pas dans le fil", c'est vrai d'un point de vue mathématique, et ça a quelques conséquences réelles, mais c'est aussi beaucoup de sexe des anges.

L'histoire du câble sous-marin en acier qui ne fait pas le job, c'est quand même une conséquence à quelques millions de $ de l'époque,

ainsi que tous les câbles suivants obligatoirement et radicalement redesignés pour tenir compte de la manière réelle dont circule l'énergie.

"L'énergie n'est pas dans le fil", c'est vrai physiquement.

ça n'enlève rien au rôle/travail du fil, puisque ce sont bel et bien les électrons dans le fil qui génèrent le champ EM, électrons sans qui rien ne se passerait.

[Boz]

Mais donc pourquoi l'ampoule aurait elle besoin d'être physiquement connectée alors qu'elle pourrait recevoir l'énergie même posée juste à côté (ou même sur le fil pourquoi pas).

Désolé si je sonne comme un disque rayé mais ça me fait complètement disjoncter.

[Rincevent]

il y a 10 minutes, Boz a dit :

Mais donc pourquoi l'ampoule aurait elle besoin d'être physiquement connectée alors qu'elle pourrait recevoir l'énergie même posée juste à côté (ou même sur le fil pourquoi pas).

Désolé si je sonne comme un disque rayé mais ça me fait complètement disjoncter.

La présence de la résistance de l'ampoule a une grande influence sur la direction du flux d'énergie. Extrait l'ampoule et remplace-la par un fil conducteur, et tu as un circuit à induction... mais décaler l'ampoule en laissant la géométrie identique pour le reste ne lui fera recevoir qu'une toute petite partie de l'énergie précédente (un peu comme décaler le foyer à chauffer d'un four-miroir parabolique). Sans oublier que cette ampoule désormais posée à côté va elle-même avoir une influence sur le champ électromagnétique autour.

 

En fait je pense qu'il faudrait une petite simulation pour montrer les choses, en dessinant à chaque fois le champ de vecteurs de Poynting. Ça éclairerait tout le monde, et ça permettrait de confirmer (ou non) les intuitions des uns et des autres.

[Rübezahl]

il y a 19 minutes, Boz a dit :

Mais donc pourquoi l'ampoule aurait elle besoin d'être physiquement connectée alors qu'elle pourrait recevoir l'énergie même posée juste à côté (ou même sur le fil pourquoi pas).

Désolé si je sonne comme un disque rayé mais ça me fait complètement disjoncter.

Comme dit Rincevent, tu peux bel et bien caser une ampoule à coté du circuit,

mais l'énergie qu'elle va recevoir sera infiniment moins focalisée (probablement quasi-nulle et à peine observable).

(ça fait un peu penser aux premières expériences de Herz qui avec un anneau de cuivre cherchait les noeuds et les ventres d'un champ EM).

[fm06]

En fait on peut très bien déconnecter l’ampoule… à condition de la raccorder à un autre circuit avec un couplage entre les deux. C’est comme ça qu’on recharge les téléphones par induction. C’est aussi comme ça que fonctionnent les balises RFID.

Cette histoire est très révélatrice : nous avons un modèle mental qui nous permet de comprendre la physique. Ce modèle c’est celui de U=RxI et des électrons circulent dans les fils comme de l’eau dans un tuyau. Ce modèle est pertinent dans la plupart des situations courantes. Un circuit de longueur délirante est en dehors de ce domaine de validité. Le modèle mental à base d’onde électromagnétique est tellement différent qu’on a du mal à « sentir » les choses.

[Rübezahl]

Comme disait un scientifique (sans doute un physicien) dont je ne retrouve plus le nom ni la quote exacte (zut !) :

 ~ Utilisez les modèles, mais il n'y a pas besoin d'y croire pour autant

 

ou “All models are wrong, but some are useful”. - George E. P. Box

[Jensen]

1 hour ago, Boz said:

Mais donc pourquoi l'ampoule aurait elle besoin d'être physiquement connectée alors qu'elle pourrait recevoir l'énergie même posée juste à côté (ou même sur le fil pourquoi pas).

Désolé si je sonne comme un disque rayé mais ça me fait complètement disjoncter.

Le champ magnétique existe autour du fil, mais il se propage bien grâce au fil quand même, grâce à un cercle mouvement d'électron => champ electromagnétique => mouvement d'électron. Sans électrons mobiles pour propager le champ electromagnétique, la quantité d'énergie décroît dès qu'on s'en éloigne de manière très importante.

Théoriquement, une ampoule placée à côté d'un circuit peut capter une partie de l'énergie, mais tellement infime qu'il faut une ligne à haute tension pour allumer une lampe de poche.

 

Il faut voir aussi que les électrons ont bel et bien besoin d'arriver quelque part. Si on a un courant continu avec circuit ouvert, tout transfert d'énergie ne peut être que transitoire, puisque les électrons s'accumulent d'un côté jusqu'à annuler le champs auquel ils sont soumis.

[Jesrad]

On peut aisément allumer une ampoule déconnectée rien qu’en la plaçant dans le champ électrique, pas besoin de circuit:

[Boz]

Merci à tous d'avoir contribué à allumer mon ampoule mentale.

Du coup je trouve la vidéo pas pédagogique et même putaclic, pour être honnête.

[Mégille]

Quelques vidéos de mes chaînes préférés en vulgarisation de sciences dures :

 

Science clic (la meilleure IMO, et française en plus) :

Révélation

 

 

PBS space-time (ceux là trichent parce qu'ils ont une grande chaîne tv derrière eux, mais ils ont du bon contenu, et sur leurs autres chaînes yt aussi : pbs eons, pbs infinite series, et storied. Il n'y a que pbs terra qui est chiante)

Révélation

 

 

DoS, pour les amateurs de vue panoramique :

Révélation

 

 

Celle là avec un nom polonais imprononçable*, qui est plus compliquée, mais vachement bien aussi :

(*mais que vous n'avez pas besoin de prononcer de toute façon, parce qu'à moins de détester vos amis vous n'avez aucune raison de la leur recommander, sauf pour vous la péter de regarder des trucs intelligents, mais il faudrait déjà qu'ils connaissent la chaîne pour que ça marche, et que vous ayez des amis, ce qui n'est probablement pas le cas si vous regardez cette chaîne)

Révélation

 

 

Beaucoup plus facile d'accès, il y a le célèbre Kurgezagt (aucune qualification du scripteur, mais un très bon travail de recherche et de mise en vidéo à chaque fois) :

Révélation

 

 

Et pour les gens sérieux, il y a les chaînes de Sabine Hossenfelder, et celle du Fermilad. Mais je préfère les petites animations aux gens face caméra.

[Rincevent]

il y a 1 minute, Mégille a dit :

Science clic (la meilleure IMO, et française en plus) :

La meilleure de toutes ce n'est pas complètement certain, mais une des toutes meilleures sans aucune hésitation, et la meilleure en français clairement.

 

il y a 2 minutes, Mégille a dit :

PBS space-time (ceux là trichent parce qu'ils ont une grande chaîne tv derrière eux, mais ils ont du bon contenu, et sur leurs autres chaînes yt aussi : pbs eons, pbs infinite series, et storied. Il n'y a que pbs terra qui est chiante)

Infinite Series c'est mort depuis des années, non ? En fait ça a périclité à partir du jour où ils ont remplacé la présentatrice du début. Et PBS a plein d'autres chaînes, quelques unes chouettes, d'autres pénibles de verdâtrerie.

 

il y a 3 minutes, Mégille a dit :

Celle là avec un nom polonais imprononçable*, qui est plus compliquée, mais vachement bien aussi :

Si tu veux vraiment du compliqué, va voir un peu Scientia Egregia.  

 

Jamais réussi à adhérer à Kurzgesagt, en revanche. Trop cartoony, trop SVJ peut-être.

[Mégille]

il y a 37 minutes, Rincevent a dit :

Scientia Egregia

Oui, j'en ai quelques unes comme ça sous la main, mais là ce n'est même plus de la vulgarisation, ce sont des cours !

 

il y a 37 minutes, Rincevent a dit :

Jamais réussi à adhérer à Kurzgesagt, en revanche. Trop cartoony, trop SVJ peut-être.

Pareil au début, mais j'ai bien aimé ses quelques vidéos sur le système immunitaire (un domaine qu'il a un peu plus creusé que les autres dernièrement), à propos duquel mon niveau s'arrêtait pour ainsi dire à celui d'un bac s sans la spé svt. Et pour finir, je me suis mis à apprécier ses vidéos sur des bombes nucléaires hypothétiquement lancé n'importe où. Disons que c'est bien le soir en ayant plus beaucoup de neurones disponibles, lorsqu'on est pas sur un livre.

[ttoinou]

D'ailleurs quand on fait du montage plan de feu / plans d'élec pour des concert, on fait bien attention à n'avoir aucun cordon / fil élec en spirale, histoire de pas faire de bobine. On pense bien aux champs autour !

 

La modélisation qu'il donne me paraît bien être ce qu'on nous dit en prépa. Sauf que les profs revenaient à l'analogie electron=eau qui tombe https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Analogie_électro-hydraulique dans tous les 90% des cas où c'était pertinent et simplifiait le modèle mental.

 

Du coup, à moins que mon cerveau ne ré écrive l'histoire après avoir vu la vidéo : on nous as menti au lycée pour nous simplifier la vie, et en prépa scientifiques ceux qui voulaient adopter la modélisation plus avancée on leur a rien caché (si ce n'est évidemment l'Algèbre Géométrique qui réduit les 4 equations de Maxwell à... 1 équation plus facile à comprendre et retenir. Là par contre y'a matière à critiquer !)

[fm06]

11 hours ago, ttoinou said:

on nous as menti au lycée pour nous simplifier la vie

 

Ce n'est pas une question de mensonge mais de modèle.  Lorsqu'on apprend U = R x I, c'est juste un modèle simple, adapté au niveau mathématique des élèves de lycée et suffisant pour les applications de la vide courante.   En prépa on passe au niveau intermédiaire avec les équations de Maxwell.  Le cran supérieur ce sont les modèles quantiques de l'électricité... qui exigent plusieurs années de pratique pour être domptés.

[ttoinou]

C'est ce que je dis. Le mensonge se produit quand le prof croit vraiment à ce qu'il dit au lieu d'admettre que c'est un modèle qui a ses failles

[fm06]

Si le prof y croit sincèrement, alors ce n'est toujours pas un mensonge.  Par contre on peut douter de la compétence du prof de physique qui croit au modèle parfait ou qui confond le modèle avec la réalité...