Licence de Physique semestre 5

Année 2020-2021

Coordination : Sylvie Robbe-Dubois

LES TPS d'ELECTROMAG SONT ANNULES POUR 2020-21


Programme du semestre 5


Le semestre 5 est articulé sur 8 modules

ECUE Crédits Intitulé Cours TD TP
SLEPH501/2
6
Electromagnétisme
24h
42h
9h
SLEPH508/9
6 Thermodynamique statistique
24h
40h
12h
SLEPH506/7
6 Physique Quantique
22h
38h
12h
SLEPH503
3
Méthodes Numériques 6h

21h + Projet
SLEPH504/5
3 Outils Mathématiques
12h
26h
KLSAN5 2
Anglais

20h

20h


Programme détaillé



SLEPH501/2 : Electromagnétisme 3
Responsable : Pascal Baldi (électromagnétisme) et Yves Gabellini (relativité)
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


Relativité A définir

TP A définir

Cours: P. Baldi , Y. Gabellini - TD: O. Alibart , Y. Gabellini - TP: P. Baldi, A. Ciffréo, M. Turconi

Contrôle des connaissances : TBC

SLEPH508/9 : Thermodynamique 3
Responsable : Mario Gattobigio
Notion d'entropie statistique: Distribution de probabilité, entropie
Quelques exemples (équiprobabilité, dés pipés) Espace des phases, état microscopique, densité d'états

Distribution statistique d'équilibre, contraintes macroscopiques, entropie de Boltzmann.
      Ensembles=contraintes particulières (microcanonique, canonique: énergie moyenne fixée...)
      Identification avec l'entropie thermodynamique, identification de T, P
      Travail, échange thermique
      Irréversibilité et croissance de S
      Limite thermodynamique et fluctuations

Applications
      Gaz parfait classique, translation, rotation, vibration, équipartition de l'énergie, Cv.
      GP : Rotation et vibration quantique ;
      Capacité thermique d'un solide (modèle d'Einstein)
      Cristal paramagnétique, ferromagnétique.
      Gaz de Van der Waals
      Approximation de Debye Huckel pour un électrolyte

TP A définir

Cours : M. Gattobigio - TD : G. Niccolini, A. Kastberg - TP : F. Célestini, F. Hébert, T. Frisch, B. Marcos

Contrôle des connaissances : TBC

SLEPH506/7 : Physique/Mécanique quantique
Responsable : Olivier Legrand
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, L. Brunel, M. Marconi, M. Turconi

Contrôle des connaissances : TBC

SLEPH503 : Méthodes numériques
Responsable : Franck Célestini
Le but recherché est l'utilisation de l'outil informatique pour résoudre ou simuler des problèmes de Physique. L'enseignement est organisé comme suit :
  • Cours de langage C suivi de 3 séances de TP de 3h sur machine.
  • Cours/TD de méthodes d'analyse numérique: un cours de 2 heures par thématique, suivi de deux séances de 3 heures sur machine (par thématique également). Une évaluation à la fin de chaque thème donnera lieu à une note de "contrôle continu". Les thématiques abordées seront:
          Equations différentielles
          Méthodes de Monte Carlo
          Dynamique moléculaire
  • Réalisation d'un Projet sur un mois

Cours : A. Martin - TP : E. Aristidi, F. Célestini, T. Frisch, M. Gattobiggio, H. Homann, B. Marcos, A. Martin, P. Martinez, G. Niccolini

Contrôle des connaissances : Evaluation des blocs (2/3), Projet (1/3)


SLEPH504/5 : Outils mathématiques
Responsable : Gilles Niccollini
Compléments sur les probabilités : 1. Théorèmes limites, 2. Élément de la théorie de l’information, 3. Propriétés de l’entropie, 4. Maximisation sous contrainte, 5. Entropie maximum, 6. Exemple d’un dé pipé

Introduction à la théorie des distributions 1. Introduction : fonctions généralisées, 2. Un premier exemple : la distribution de Dirac, 3. Opérations sur les distributions, 4. Distributions régulières/singulières ,5. Valeur principale, 6. Vers un peu plus de rigueur : fonctions tests, fonctionnelles linéaires, 7. Équations différentielles : application à l’électrostatique

Transformation et série de Fourier 1. Définition, 2. Intégrale de Dirichlet et la transformation de Fourier (TF) d’un dirac, 3. Propriété de la TF ,4. Parseval-Plancherel, 5. TF et convolution ,6. TF des distributions ,, 7. Fonctions de puissance finie : auto-corrélation et spectre de puissance. 8. Peigne de Dirac et formule sommatoire de Poisson, 9. Série de Fourier ,10. Échantillonnage ,11. Application aux équations différentielles : fonction de Green.

Cours : G. Niccolini - TD : B. Marcos, TBD

Contrôle des connaissances : TBC

KLSAN5 : Anglais
Responsable: Deborah Bridle

TD : 20 h

TD d'anglais scientifique.

Contrôle des connaissances : 1 oral (30%), 1 partiel (30%), 1 examen (40%)