 Objectifs (en terme de compétences)
Electromagnétisme classique : développer l'électrodynamique classique et ses applications à partir des équations de Maxwell, y compris le lien avec l'optique et la dynamique des particules chargées relativistes.
Physique de l'état solide : introduire les concepts de base de la physique de l'état solide.
Atomes, molécules, milieux ionisés : présenter les aspects fondamentaux de la structure et des propriétés des atomes, des ions et des molécules diatomiques.
Noyaux et particules élémentaires : présenter les éléments de la physique du noyau et de la physique des particules élémentaires qui font partie de la culture générale de tout physicien.
Objet de l'activité (principaux thèmes à aborder)
Electromagnétisme classique :
Le cours comprend deux grandes parties d'importance égale.
(1) Approfondissement des équations de Maxwell
(2) Electrodynamique classique
Physique de l'état solide :
Propriétés thermiques des solides
Etats quantiques des électrons dans un cristal
Gaz d'électrons libres
Les semiconducteurs
Phénomènes de transport
Supraconductivité
Atomes, molécules, milieux ionisés :
Première partie: physique atomique
Systèmes hydrogénoïdes
Systèmes à plusieurs électrons
Théorie du champ central
Deuxième partie: physique moléculaire
L'approximation de Born-Oppenheimer
Etats électroniques, états vibrationnels et états rotationnels
Symétries des molécules diatomiques
Transitions radiatives
Troisième partie: milieux ionisés
Notions de physique des plasmas
Noyaux et particules élémentaires :
La partie " Noyau " met en évidence les aspects fondamentaux de la discipline et ses applications à d'autres domaines des sciences.
La partie " Particules élémentaires " introduit les fondements théoriques du Modèle Standard des interactions fondamentales et les grandes expériences qui en ont permis la validation expérimentale. En particulier le pouvoir prédictif du Modèle Standard est mis en évidence ainsi que les grands programmes de recherche du futur.
Résumé : Contenu et Méthodes
Electromagnétisme classique :
L'enseignement du cours est basé sur le livre de J.D. Jackson, Classical Electrodynamics.
(1) Approfondissement des équations de Maxwell : notions d'électrostatique et problèmes de condition aux frontières associés ; électromagnétisme des milieux continus et lois de conservations.
(2) Electrodynamique classique : phénomènes de radiation multipolaire, radiation produite par des charges en mouvement ; éléments de dynamique des particules relativistes en présence d'un champ électromagnétique.
Les exercices sont consacrés à la mise en pratique des notions théoriques. Ils font appel à des logiciels de calcul numérique et symbolique.
Physique de l'état solide :
Brefs rappels sur la cohésion des solides, les réseaux (cristallin et réciproque)
Propriétés thermiques : modes de vibration atomique, modèle de Debye, phonons, effets d'anharmonicité
Etats quantiques des électrons dans un cristal : théorème de Bloch, bandes d'énergie (approximations des liaisons fortes et de l'électron presque libre), zones de Brillouin, surface de Fermi, dynamique de l'électron, masse effective
Gaz d'électrons libres : occupation des états, effet de la température, chaleur spécifique
Les semiconducteurs : états excités, impuretés, dispositifs de base (jonction p-n, transistor)
Phénomènes de transport : conductivité électrique et thermique, équation de Boltzmann, collisions électron-phonon, effet Hall
Supraconductivité : introduction expérimentale et théorique
Atomes, molécules, milieux ionisés :
Première partie: physique atomique
Méthode: la structure des atomes et ions est explicitée sur la base d'un bref rappel des résultats de la mécanique quantique et de la spectroscopie.
Systèmes hydrogénoïdes, défaut quantique
Systèmes à plusieurs électrons: Méthode de Hartree-Fock
Champ central et corrections, schémas de couplage, séries isoélectroniques
Deuxième partie: physique moléculaire
L'approximation de Born-Oppenheimer ; séparation des coordonnées
Etats électroniques ; orbitales moléculaires et orbitales atomiques
Etats vibrationnels et états rotationnels
Symétries des molécules diatomiques
Diagrammes de corrélation
Transitions radiatives ; règles de sélection
Troisième partie: milieux ionisés
Notions de physique des plasmas
Noyaux et particules élémentaires :
1ère partie : Physique du noyau
Chapitre 1 : Propriétés générales des noyaux
Chapitre 2 : Structure nucléaire
Chapitre 3 : Emission de rayonnements par les noyaux
Chapitre 4 : Interaction rayonnements - matière
Chapitre 5 : Réactions nucléaires
Chapitre 6 : Fission nucléaire
Chapitre 7 : Fusion thermonucléaire
Autres informations (Pré-requis, Evaluation, Support, ...)
Prérequis : Cours de Physique générale de candidature - cours de Calcul numérique - Eléments de mécanique quantique, de physique statistique et de cristallographie
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