Complément de physique classique et quantique [SPHYB214]

Acquis d'apprentissage

Description de la dynamique d'un système moléculaire en terme de modes normaux de vibrations. Lien avec l'absorption de la lumière (infra-rouge) et notamment l'effet de serre atmosphèrique.

Description de la lumière en terme d'ondes électromagétiques polarisées.

Description quantique de la lumière et de la matière (quanton).

Objectifs

Donner des éléments de physique qui font le lien entre les cours généraux de physique et de mathématique (B1) et la formation en chimie (modes propres et modes de vibrations moléculaires, électromagnétisme et lumière, chimie quantique)

Contenu

La 1ere partie du cours est consacrée à la mécanique analytique.  L'importance de la modélisation d'un système par son énergie potentielle est soulignée par l'application aux molécules et solides. Les vibrations propres à chaque molécule sont étudiés analysé en terme de modes propres des systèmes à travers les exemples des molécules diatomiques et triatomiques. Une généralisation aux systèmes plus complexe est présentée. La molécule de CO2 est plus particulièrement abordée en lien avec son importance dans l'effet de serre atmosphèrique.

La 2e partie est consacrée à l'électromagnétisme. A partir des équations de Maxwell, la lumière décrite comme une onde électromagnétique polarisée.

La 3e partie est une introduction à la mécanique quantique.  Les notions de quanta et de fonction d'onde sont introduites. Les relations d'incertitudes de Heisenberg et l'équation de Schrödinger sont dérivées. Le cours se termine par la résolution de problèmes simples de mécanique quantique.

Table des matières

1. Mécanique classique : Rappels - Le potentiel de Coulomb : Ecrantage, Energie de Madelung d'un solide, Potentiel interatomique - Coordonnées généralisées et degrés de liberté - Vibrations des molécules : modes propres et absorption optique - Molécules diatomiques - Molécules polyatomiques : matrice dynamique et molécules triatomiques - Systèmes périodiques 

2. Electromagnétisme : Equation d'onde électromagnétique - Polarisation

3. Mécanique quantique :Corps Noir ; Effet photoélectrique ; Effet Compton ; Expérience de Davisson et Germer ; Ondes de de Broglie ; L'atome de Bohr ; Les relations d'incertitude de Heisenberg ; L'équation de Schrödinger ; Particule dans un puits de potentiel ; Effet tunnel.

Disciplines