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Physique 2 - Physique statistique

Sigle: C2212, ECTS: 1

Objectifs du cours

L'objectif de l'enseignement de Physique 2 (physique statistique) est de fournir aux élèves un socle de connaissances fondamentales permettant de comprendre les états macroscopiques de la matière à l’équilibre, à partir des lois fondamentales et universelles. L'accent principal porte sur l’émergence de l’irréversibilité et sa traduction en termes d’occupation de l’espace des phases. Cette formation en physique statistique doit ainsi permettre aux futurs ingénieurs de comprendre l’origine des différents états de la matière, et de relier les connaissances déjà acquises en thermodynamique ou en sciences des matériaux en un corpus global et cohérent.

Méthode

La physique du début du XXIe siècle nous offre une vision de plus en plus unitaire du monde matériel, tant du point de vue des structures que de la dynamique : petit nombre de particules « fondamentales » et de types d'interactions, mais aussi explication des propriétés macroscopiques par les structures microscopiques sous-jacentes. L’avènement de la physique quantique permet notamment de mieux comprendre l’organisation à l’échelle atomique, et d’apprécier les diverses structures intermédiaires entre cette échelle et notre monde quotidien : le noyau, l’atome, la molécule, les macromolécules, les cristaux, les nanostructures, les matériaux simples et composites.

L'échelle atomique et moléculaire, domaine de l'interaction électromagnétique et de la mécanique quantique, fait ainsi sentir son influence sur toute la physico-chimie des matériaux, notamment avec l’émergence des « nanotechnologies ». Ce lien entre les échelles de grandeur, de la particule élémentaire jusqu’au plus macroscopique, permet ainsi de comprendre l’émergence de comportements étonnants, ainsi que la contradiction entre une évolution irréversible et la formation de structures comme les galaxies, les systèmes stellaires ou les planètes, jusqu’à l’apparition de la vie sur Terre.

Programme

L'enseignement de Physique 2 prend donc comme point de départ la dynamique des systèmes hamiltoniens et des notions de théorie du chaos. Après avoir montré comment le passage à une vision probabiliste des grands systèmes fait surgir l’irréversibilité macroscopique, nous explorons les divers types d’équilibres afin d’établir le formalisme complet de la physique statistique pour les systèmes isolés, fermés ou ouverts. Ce formalisme est ensuite appliqué à la compréhension générale des gaz, de la capacité calorifique des solides ou du magnétisme. Lorsque les effets quantiques se manifestent de façon macroscopique, ce formalisme permet de comprendre également la superfluidité, le comportement du gaz électroniques des métaux, ou encore du gaz de photons. Ce dernier exemple, à travers l’équilibre thermodynamique lumière-matière, est enfin utilisé pour expliquer l’évolution de l’univers à grande échelle depuis le Big Bang.

Modalités d'évaluation

Examen sur table

Equipe pédagogique

Responsable(s)
Marcel FILOCHE

Chargé(s) d'enseignement
Davide BOSCHETTOPierre BRUNZaki LEGHTAS
Thomas PLISSON

Sigle C2212
Année 1ère année
Niveau Undergraduate
Crédits ECTS 1
Coefficient 1
Nb. d'heures 22
Nb. de séances 18
Type de cours Tronc Commun
Semestre 2
Période Printemps
Domaines
  • Physique
Dernière mise à jour:
19 Jun 2017 16:42 par julien