Thermodynamique et physique statistique

Localisation Grenoble

par Elie Belorizky
67 €
Référence du cours : T59

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.
Bac C ou S+1 requis. Avoir suivi le cours de mécanique quantique ou équivalent.

Lundi 10h30 à 12h30. Salle B204

Salle inaccessible PMR

Dates : 30/09 - 14/10 - 18/11 - 2/12 - 16/12 - 13/01 - 27/01 - 10/02 - 10/03 - 24/03 - 7/04 - 5/05 - 19/05

Niveau Bac + 1 en classe prépa ou licence. Avoir suivi le cours d'introduction aux phénomènes quantiques ou ayant les connaissances équivalentes.

1 - La thermodynamique et ses limites

Limites de validité de la description thermodynamique, fluctuations. Théorie simple du gaz parfait. Système thermodynamique quelconque. Comportmeent d'un fluide réel.

2 - Travail, chaleur, premier prioncipe

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

Systéme paramagnétique. Ensemble micro-canonique. Moyenne d'ensemble et moyenne temporelle. Equilibre thermique. Loi d'accroissement d'entropie. Les principes de la thermodynamqiue reformulés.

6 - Distribution de Boltzmann

Le facteur de Boltezmann 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 Fermmi, 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 émission 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.

 

Année 2024/2025

Cours standard
tous les 15 jours
Lieu : Belmont
Volume horaire indicatif : 13 séances de 2.00 h
Rencontre avec l'enseignant : 11/09/2024 - Matin

Liste des Séances

Code Professeur(s) Jour Horaire Salle Places
T5901 Elie Belorizky Lun 10:30 B204 19 S'inscrire