Thermodynamique et physique statistique

31 €
par Elie Belorizky
S59
Approche microscopique de la Thermodynamique et de ses principes. Différentes formes et sources d’énergie. Notion d’entropie et ses implications. Les statistiques quantiques : Boltzmann, Fermi-Dirac, Bose-Einstein et leurs applications en magnétisme, physique des solides, astrophysique. Le rayonnement thermique. Les phénomènes de diffusion. Etude des changements de phase.
Niveau requis : formation scientifique au niveau bac+1 en classe préparatoire ou en licence. Réservé aux auditeurs ayant suivi le cours "Phénomènes quantiques" 1ère année de l’UIAD ou ayant les connaissances équivalentes.

Lundi 10h30 à 12h30. Salle B004. Inaccessible fauteuil

Dates : 7/10 - 4/11 - 25/11 - 9/12 - 6/01 - 20/01 - 3/02 - 17/02 - 16/03 - 30/03 - 4/05 - 18/05 - 8/06

Bac+1 scientifique

Supplément d'information

1. La Thermodynamique et ses limites
Limites de validité de la description thermodynamique, fluctuations. Théorie simple du gaz parfait. Système thermodynamique quelconque. Comportement d’un fluide réel.
2. Travail, chaleur, premier principe
Echange de travail, transformations réelles et transformations réversibles. Echange de chaleur. Transformations isothermes et adiabatiques. Energie interne, premier principe.
3. Second principe et applications
Enoncés du second principe. Cycle de Carnot moteur et réfrigérateur. Cycles des moteurs Diesel et essence. Première définition de l’entropie et calcul de ses variations. Paradoxe de Gibbs. Accroissement d’entropie d’un système isolé. Evolution thermodynamique des systèmes, énergie libre et enthalpie libre. Changements de phase d’un corps pur, point critique et chaleur latente. Potentiel chimique.
4. Sources d’énergie
Ordres de grandeur des différentes sources d’énergie : chimique, hydroélectrique, photovoltaïque, éolienne. Energie nucléaire : fission, fusion. Phénomènes naturels : éruption volcanique, rayonnement solaire. Phénomènes astrophysiques : collision de trous noirs.
5. L’entropie en mécanique statistique
Système paramagnétique. Ensemble micro-canonique. Moyenne d’ensemble et moyenne temporelle. Equilibre thermique. Loi d’accroissement d’entropie. Les principes de la thermodynamique reformulés.
6. Distribution de Boltzmann
Le facteur de Boltzmann et l’ensemble canonique, fonction de partition. Système à deux niveaux simples, oscillateur harmonique. Paramagnétisme. L’entropie dans l’ensemble canonique. Particules identiques, bosons, fermions. Résolution du Paradoxe de Gibbs. Mécanique statistique classique, distribution de Maxwell des vitesses des molécules d’un gaz.
7. Distribution de Gibbs
Le potentiel chimique. Cas du gaz parfait. Potentiel chimique et autres fonctions thermodynamiques. Facteur de Gibbs et ensemble canonique généralisé.
8. Statistiques quantiques et limite classique
Distribution de Fermi-Dirac et de Bose-Einstein. Limite classique.
9. Gaz de Fermi et gaz de Bose
Gaz de Fermi, énergie de Fermi. Densité d’états. Application aux métaux et à l’astrophysique : naines blanches, matière nucléaire, étoiles à neutrons. Gaz de bosons et condensation de Bose-Einstein, application à la supraconductivité des métaux et à la suprafluidité de l’hélium.
10. Le rayonnement thermique
Le rayonnement thermique du corps noir. La théorie de Planck. Photons et gaz de bosons. Absorption et Emission d’une surface : loi de Kirchhoff. Loi de Wien et applications à l’astrophysique : température de la surface des étoiles et rayonnement fossile de l’univers. Application aux caméras thermographiques.
11. Mouvement Brownien
Equation de Langevin. Phénomènes de diffusion. Libre parcours moyen des molécules d’un gaz. Mobilité et conductivité de particules chargées. Equation de la chaleur et conductibilité thermique.
12. Changements de Phase
Gaz de Van der Waals. Ferromagnétisme et modèle du champ moyen. Approche de Landau des changements de phase. Transitions du premier et du second ordre, exemples.
13. Phénomènes irréversibles
Généralités sur les phénomènes irréversibles et les relations d’Onsager.

Cours standard
tous les 15 jours

Liste des Séances

Code Professeur(s) Jour Horaire Niveau Salle Places
S5901 Elie Belorizky Lun 10h30 - 12h30 Tous niveaux B004 21