Eléments de physique microscopique et relativiste : Fiche UE : Offre de formation

Nombre de crédits de l'UE : 6
Code APOGEE : PHY2004L

Responsabilité de l'UE :

CONCINA BRUNO

bruno.concinauniv-lyon1.fr

04.72.43.26.52

juliette.tuaillon-combesuniv-lyon1.fr

Type d'enseignement

Nb heures *

Cours Magistraux (CM)

15 h

Travaux Dirigés (TD)

45 h

* Ces horaires sont donnés à titre indicatif.

Pré-requis :

constitution de la matière, introduction à la dynamique, thermodynamique et transferts thermiques, TMB, mathématiques 2, mathématiques 3, électromagnétisme.

Compétences attestées (transversales, spécifiques) :

Une première approche rigoureuse mais simple des comportements quantiques ou relativistes dans lesquels l'intuition est souvent mise en défaut. Initiation à la physique statistique, la mécanique quantique et à la relativité restreinte.

Utilisation de méthodes mathématiques : intégrale, probabilités, vecteur, matrice, changement de référentiels.

Programme de l'UE / Thématiques abordées :

Préambule : cet enseignement comprend deux parties de poids égaux. La partie consacrée à la physique relativiste est faite sous forme d'enseignement intégré en appui sur des TICE encadrées. La partie portant sur la physique microscopique est prévue, pour le moment, sous la forme traditionnelle de Cours et TD.
Relativité Restreinte :
Introduction Espace et temps classiques - Référentiel d'inertie - Nature de la lumière - c est une constante : expériences -Transformation de Lorentz Expression de la transformation de Lorentz - Démonstration - Espace et temps relativistes Définition opérationnelle de la mesure - Transformation d'une durée et dilatation du temps - Transformation d'une longueur et contraction des longueurs - Univers de Minkowski Espace-temps à 4 dimentions - Intervalle relativiste et cône de lumière : passé, futur, ailleurs - Notion de quadrivecteur - Conservation de la norme - Exemple de quadrivecteur : le quadrivecteur d'onde ; - Dynamique relativiste Quadrivecteur vitesse - Quadrivecteur accélération - Principe fondamental de la dynamique relativiste - Quadrivecteur énergie-impulsion - Collisions élastique et inélastique- Désintégrations - Energie de masse et réaction nucléaire - Particule chargée dans un champ électromagnétique.
Eléments de Physique Microscopique :
Rapide historique
Evolution de la mesure du temps et de l’espace ainsi que la découverte de la matière et du rayonnement ; de la Clepsydre à l’horloge atomique, d’Euclide à Newton, de Huygens à Maxwell, de Démocrite à Mendeleïev.
Passage du macroscopique au microscopique
Théorie cinétique des gaz, distribution des vitesses de Maxwell puis de Maxwell-Boltzmann. Théorème de l’équipartition de l’énergie.
Jusque là tout va bien, juste quelques petits problèmes à résoudre.
L’émission du corps noir, la capacité calorifique, les spectres discontinus des gaz, l’effet photoélectrique. Loi de Planck.
Le modèle de l’atome.
Thomson, Rutherford, Ritz, Bohr.
Introduction à la mécanique quantique
Effet Compton, fonction d’onde de de Broglie. Expérience des fentes d’Young, avec des photons, des électrons, des fullerènes, diffraction électronique.
Fonction d’onde et densité de probabilité de Max Born. Paquet d’ondes et réduction du paquet d’ondes. Expérience du chat de Schrödinger. Principe d’incertitude d’Heisenberg.
Equation de Schrödinger, effet tunnel, puit de potentiel infini. Le principe de correspondance.
Quelques applications et réflexions : les rayons-X, le microscope électronique, le laser, la supraconductivité, le paradoxe EPR, l’intrication quantique.

Parcours / Spécialité / Filière / Option utilisant cette UE :

Date de la dernière mise-à-jour : 03/06/2021