Licence de Physique-Chimie

Année 2022-2023

Coordination : Yves Gabellini

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Programme du semestre 5

Le semestre 5 est articulé sur 5 Unités d'Enseignement obligatoires, plus 1 Unité d'Enseignement optionnelle réservée aux étudiant(e)s préparant le CAPES de Physique

Programme détaillé

SLUPH501 : Electromagnétisme-Relativité - 6 crédits ECTS


SLEPH501 : Electromagnétisme

Matériaux diélectriques.
Constante diélectrique, vecteur polarisation et charge de polarisation
Force et champ dans un diélectrique
Relations énergétiques
Description microscopique: équations de Clausius-Mossotti et Lorentz-Lorenz. Applications

Materiaux magnétiques
Diamagnétisme et paramagnétisme
Moment angulaire et précession de Larmor d'un moment dipolaire dans un champ magnétique
Résonance magnétique
Ferromagnétisme
Magnétisation et hystérésis, magnétisation spontanée et température de Curie
Applications

Equations de Maxwell dans les matériaux
Modification des équations de Maxwell
Solution par les potentiels vecteur et scalaire, conditions de jauge
Potentiels retardés
Application aux antennes et à la diffusion

Propagation d'ondes guidées
Lignes de transmission et guides d'ondes
Conditions de bords, modes et ondes polarisées TE et TM
Vitesse de propagation et fréquence de coupure
Applications

Cours : 16h (P. Baldi) - TD : 28h (O. Alibart , Y. Gabellini)

Contrôle des connaissances : TBC

SLEPH501 : Relativité
1. La transformation de Lorentz : Introduction, référentiels d'inertie, changements de référentiels, évènements, transformation de Galilée, transformation de Lorentz, vecteurs de ℜ₃ et quadri-vecteurs de ℜ₄, rapidité, composition des vitesses, intervalle d'espace-temps, dilatation du temps, relativité de la simultanéité, contraction des longueurs, relativité des longueurs.
2. L'espace-temps et ses quadri-vecteurs : Introduction aux quadri-vecteurs de ℜ₄, intervalles d'espace-temps et cône de lumière, quadri-vecteurs vitesse, transformation des vitesses.
3. Mécanique relativiste : Le monde des particules élémentaires, énergie et quantité de mouvement et leurs transformations, conservation de E et p, loi fondamentale de la dynamique.
4. Equations de Maxwell et Relativité Restreinte : Rappels d'Algèbre linéaire, bases, changements de bases, produit scalaire, tenseur métrique, équations de Maxwell, forme covariante des équations des potentiels V et A, tenseur électromagnétique F_μν, transformation des champs E et B.

Cours : 8h (Y. Gabellini) - TD : 14h (O. Alibart , Y. Gabellini)

Contrôle des connaissances : TBC

TP d'Electromagnétisme
A définir

TP : 9h

Contrôle des connaissances : TBC

SLUPH503 : Mécanique Quantique
1. Introduction à la mécanique quantique : Introduction et Non-déterminisme de mécanique quantique
2. Les impasses de la physique classique : a. Rayonnement du corps noir, b. L’effet photoélectrique, c. Une nouvelle constante fondamentale : la constance de Planck, d. Stabilité et spectre des atomes (Modèle de Rutherford - Spectre de raies et modèle de Bohr)
3. Dualité onde – particule : au-delà du photon : a. Diffraction des électrons – Fentes d’Young,
b. Relation de de Broglie
4. Les postulats de la physique quantique: a. Le concept de fonction d’onde, b. Interprétation probabiliste de la fonction d’onde : Normalisation - Probabilités, c. Quantités physiques et Observables,
d. Principe de superposition : application aux fentes doubles
5. L’équation d’onde de Schrödinger : a. Construction de l’équation d’onde, b. Densité et courant de probabilité, c. L’équation de Schrödinger indépendante du temps, d. Etats stationnaires
6. Le puits infini quantique : a. Solution de l’équation de Schrödinger, b. Energies propres & normalisation
7. Potentiels constants par morceaux: a. Continuité de la solution de l’équation de Schrödinger,
b. Etats liés et états de diffusion (puits et marche de potentiel), c. Barrière de potentiel et effet tunnel
8. Inégalités de Heisenberg: a. Opérateurs x and p, b. Valeurs moyennes, c. Inégalité de Heisenberg spatiale, d. Inégalité de Heisenberg temporelle
9. Espace de Hilbert & Observables : a. Vecteurs d’état, b. Produit scalaire, c. Opérateurs linéaires,
d. Projecteurs et notation de Dirac, e. Décomposition spectrale
10. Postulats du formalisme quantique : a. Préparation et test d’un état physique, b. Propriétés physiques et mesures, c. Evolution temporelle : opérateur Hamiltonien, états stationnaires, d. Systèmes à deux niveaux
11. Spin 1/2: a. Moment magnétique d’un électron, b. Le spin 1⁄2, c. Les matrices de Pauli,
d. Commutateurs des spins, e. L’expérience de Stern-Gerlach
12. Intrication et inégalités de Bell : a. Structure générale de l’espace des états, intrication,
b. L’exemple du couplage de deux moments cinétiques: système de deux spins 1⁄2 et application à l’information quantique, cas général, c. Paradoxe EPR et inégalités de Bell

Travaux Pratiques

1) TP effet photo-électrique :
      - Étude du rayonnement du corps noir. Validation des lois de Wien et Stefan
      - Étude de l'émission de l'atome d'argent. Mesure de la constante de Planck

2) TP atome :
      - Expérience de Franck-Hertz. Observation de la distribution discrète des états d'énergie atomique
      - Étude du rayonnement de l'hydrogène. Observation de la distribution discrète des états d'énergie atomique

Cours : O. Legrand - TD : O. Alibart, J.-A. Sepulchre - TP : O. Alibart, A. Kastberg, F. Brunel, M. Marconi, M. Turconi

Contrôle des connaissances : TBC

SLUCH502 : Chimie Générale - 6 crédits ECTS


SLECH503 : Cinétique Chimique

Vitesse des réactions : définition, influence de la concentration des réactifs sur la vitesse d’une réaction, lois de vitesse intégrée, réactions réversibles, réactions successives.
Influence de la température, loi d’Arrhénius, énergie d’activation.
Mécanisme des réactions : processus élémentaires, formes intermédiaires actives.
Réactions en chaîne, catalyse.

Cours : 12h (N. Sbirrazzuoli) - TD : 10h (C. Lomenech) - TP : (17h)

Contrôle des connaissances sur yy : partiel ? et 1 examen final ?

SLECH504 : Electrochime

Equilibres acido-basiques en solution aqueuse, conductivité des électrolytes, acidité au sens de Brönsted et de Lewis, pouvoir nivelant de l’eau, domaine de prédominance, diagramme de Flood, polyacides et ampholytes, produit de solubilité, solubilité et pH, stabilité des complexes en solution.
Réactions d’oxydo-réduction, cellules électrochimiques simples, équations de Nernst, série électrochimique, différents types d’électrodes, diagrammes de Frost, Pourbaix, stabilisation d’états d’oxydation par complexation.

Cours : 12h (H. Michel) - TD : 12h (H. Michel, M.-R. Beccia) - TP : (15h)

Contrôle des connaissances sur xx : partiel ? et examen final ?

Travaux Pratiques de Chimie

• Détermination du coefficient de vitesse d’une réaction chimique par conductimétrie
• Détermination des volumes molaires partiels dans une solution binaire
• Tension de vapeur d'une solution
• Voltampérométrie
• Loi d’Ohm

TP : (32h)

Contrôle des connaissances sur zz : Moyenne des compte-rendus de TP ?

SLUS2501 : Compléments de Mathématiques et d’Electronique - 6 crédits ECTS


SLES2501 : Mathématiques
Rappels d’Analyse :
Distributions, distribution singulière de Dirac. Produit de convolution. Algèbre de convolution. Application à la résolution d'équation différentielles. Transformée de Fourier des fonctions et des distributions singulières. Application au calcul d'intégrales définies. Echantillonnage et séries. Formule de Shannon.

Cours : 14h (Y. Gabellini) - TD : 20h (Y. Gabellini)

Contrôle des connaissances

SLES2502 : Electronique
Cours
Electronique analogique : physique des semi-conducteurs, jonction P-N, amplificateur à transistors, amplificateur différentiel, amplificateur opérationnel, rétroaction négative, filtrage, amplificateur à circuits intégrés.

TP

• Etude des régulateurs de tension, des redressements mono et bi-alternance, de la conversion continu-alternatif et alternatif-continu et des générateurs de signaux et des systèmes d’écrêtage.
• Etude d’une chaîne de transmission et de réception de signaux BF par modulation et démodulation.
• Convertisseurs analogique/numérique et numérique/analogique.
• Développement d’un générateur d’impulsions à partir d’un oscillateur à relaxation.
• Etude du transistor bipolaire.
• Utilisation d’un simulateur numérique industriel pour l’étude d’un transistor à effet de champ et ses applications.
• Amplification à plusieurs étages et amplificateur opérationnel.

Cours : 10h (A. Ziad) - TD : 12h (A. Ziad) - TP : 12h (A. Ziad)

Contrôle des connaissances

KCTSS5 : Compétences Transversales 5 - 6 crédits ECTS


KLSANS5 : Anglais - 2 crédits ECTS

Responsable : Deborah Bridle

Anglais scientifique.

Cours/TD : 20h (T. Jean)

Contrôle des connaissances sur 20 : 1 écrit (50%) et 1 oral (50%)