Physique statistique I
Résumé
L'objectif du cours est d'introduire les concepts fondamentaux de la physique statistique.
Contenu
1. Vers une théorie microscopique des systèmes thermodynamiques
- Rappel de thermodynamique
- Eléments de la théorie cinétique
- Entropie et principe fondamental
2. Formalisme général
- Espace des phases et entropie
- Notions basiques de probabilité
- Potentiels thermodynamiques, transformés de Legendre
- Ensembles statistiques et leur équivalence
- Dérivation des principes fondamentaux de la thermodynmaique à partir de la physique statistique
3. Applications
- Théorèmes du viriel et d'équipartition
- Gaz réels : équation de Van der Waals et développement du viriel
4. Introduction à la physique statistique quantique
- Opérateur densité
- Particules identiques: fermions, bosons
- Gaz parfaits quantiques : distributions de Fermi-Dirac et de Bose-Einstein
- Bosons: condensation; photons: radiation, spectre de Planck (corps noir)
- Fermions: lac de Fermi
Mots-clés
Entropie, ensembles thermodynamique, physique statistique classique et quantique, gaz idéal et réel
Compétences requises
Cours prérequis indicatifs
Mécanique analytique
Concepts importants à maîtriser
Probabilités
Acquis de formation
A la fin de ce cours l'étudiant doit être capable de:
- Calculer les propriétés thermodynamiques de différents systèmes physiques
- Appliquer les lois fondamentaux thermodynamiques
- Formuler les lois de la thermodynamique et les dériver des principes de physique statistique
- Utiliser des arguments d'échelle et l'analyse dimensionelle pour anticiper/justifier un résultat
Compétences transversales
- Utiliser une méthodologie de travail appropriée, organiser un/son travail.
Méthode d'enseignement
Ex cathedra. Exercices en salle
Travail attendu
Résoudre les exercices soi-même
Méthode d'évaluation
Examen écrit 100%. Test facultatif en cours du semestre ne comptant pas dans la note.
Ressources
Bibliographie
- Polycopié "Physique Statistique I" by M. Müller.
- Livres:
- W. Greiner, L. Neise, H. Stöcker "Thermodynamique et Mécanique Statistique" (en français)
- K. Huang: Statistical Mechanics, John Wiley & Sons, New York, 1987 (général, très bien)
- L. Landau & I. Lifshitz: Statistical Physics (Vol. 5), Pergamon Press General, logical structure
- F. Reif: Fundamentals of statistical and thermal physics, McGraw-Hill Book Company New York, 1965 (approfondi)
- J. Sethna: Statistical Mechanics: Entropy, Order Parameters, and Complexity, Second Edition, Oxford (original advanced text)
Ressources en bibliothèque
- Thermodynamique et Mécanique Statistique / Greiner
- Statistical Mechanics / Huang
- Statistical Physics (Vol. 5) / Landau
- Fundamentals of statistical and thermal physics / Reif
- Statistical Mechanics / Sethna
Liens Moodle
Préparation pour
Physique statistique II, Physique du Solide II
Dans les plans d'études
- Semestre: Automne
- Forme de l'examen: Ecrit (session d'hiver)
- Matière examinée: Physique statistique I
- Cours: 2 Heure(s) hebdo x 14 semaines
- Exercices: 2 Heure(s) hebdo x 14 semaines
- Type: obligatoire
Semaine de référence
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Légendes:
Cours
Exercice, TP
Projet, autre