Cours 2021-2022

Complément de physique classique et quantique [SPHYB214]

  • 4 crédits
  • 30h+15h
  • 1er quadrimestre
Langue d'enseignement: Français

Acquis d'apprentissage

Donner aux étudiants de chimie des éléments de physique théorique et leur fournir une initiation aux techniques de résolution de problèmes de physique théorique.

Contenu

La 1ere partie du cours est consacrée à la mécanique analytique. On y introduit la notion de force, d'énergie potentielle, de quantité de mouvement et de moment cinétique. Les équations de Lagrange sont ensuite dérivées. L'étude des petites oscillations d'un système mécanique est abordée dans le formalisme lagrangien. Le formalisme est généralisé au problème d'une chaîne linéaire d'atomes, à l'étude des modes propres de vibration d'une corde tendue et d'une membrane tendue.

La 2e partie est consacrée à l'électromagnétisme. Les quatre équations de Maxwell sont dérivées à partir des lois de Gauss, d'Ampère et de Faraday. L'étude des ondes électromagnétiques est ensuite abordée afin d'arriver aux notions de réflectance, transmittance et absorbance.

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

Table des matières

  1. Mécanique classique : Les forces ; Masse ponctuelle ; vitesse ; accélération ; Les lois de Newton ;Travail et énergie ; Conservation de l'énergie en mécanique ; Quelques modèles d'énergie potentielle ; Théorèmes de la dynamique newtonienne ;Degrés de liberté ; coordonnées généralisées ; Le Lagrangien d'un système mécanique ; Les équations de Lagrange ; Etudes des oscillateurs mécaniques ; Les vibrations moléculaires ; Modes normaux d'une molécule linéaire triatomique ; Modes normaux de vibration d'une chaîne monoatomique ; Equation des cordes vibrantes ; Ondes progressives ;paquets d'ondes ; Ondes stationnaires dans une corde tendue.

  2. Electromagnétisme : Le champ de déplacement électrique et la loi de Gauss ; Le champ d'induction magnétique ; La loi de Faraday ; La loi de Maxwell-Ampère ; Conditions de raccord des champs aux interfaces ; Energie électromagnétique ; Equation d'onde électromagnétique ; Equations de Fresnel ; ondes à une interface ; Réflectance et transmittance.

  3. Mécanique quantique : La loi de Planck ; 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

Physique
Electromagnétisme - analyse du signal
Mécanique

Méthodes d'enseignement

Cours magistral. Séances d’exercices (TPs/TDs) avec participation des étudiants.

Mode d'évaluation

Examen oral (théorie et exercices) avec préparation écrite en session.

La répartition est de 2/3 de la note finale pour la partie théorique et le 1/3 restant pour les exercices (TPs/TDs).

Sources, références et supports éventuels

A.A. Lucas, "Eléments de mécanique et de physique théorique", 1ière et 2nde parties, Librairie des Sciences, Namur (1998).

Langue d'enseignement

Français

Lieu de l'activité

NAMUR

Faculté organisatrice

Faculté des sciences
Rue de Bruxelles, 61
5000 NAMUR

Cycle

Etudes de 1er cycle