Semestre 2

Cours de thermodynamique de classe préparatoire

Ce cours constitue une introduction à la physique statistique, discipline dont l'objet est de comprendre l'origine microscopique du comportement macroscopique des systèmes constitués d'un grand nombre de particules (états de la matière : solide, liquide ou gaz), jusqu'à des prédictions quantitatives précises. Cette discipline, née avec les développements de la thermodynamique pendant la seconde moitié du dix-neuvième siècle, a reçu un nouvel élan avec l'avènement de la physique quantique au début du vingtième siècle, et a continué à se développer avec succès jusqu'à aujourd'hui, par exemple dans le domaine des transitions de phase, de la matière molle ou des nanomatériaux, et plus largement pour l'étude de systèmes complexes au-delà de la science des matériaux.

A la fin de ce cours, les élèves disposeront d'une compréhension et d'une pratique du calcul de l'entropie et des grandeurs thermodynamiques associées pour des systèmes physiques simples à l'équilibre, puis dans le cas de transitions de phase et dans des situations hors équilibre, à partir de systèmes microscopiques modèles (gaz parfait, polymère, systèmes à deux états…).

Séance 1 : Thermodynamique - Description statistique

Séance 2 : Entropie

Séance 3 : Equilibre thermique

Séance 4 : Gaz parfaits

Séance 5 : Effet des interactions

Séance 6 : Transitions de phase

Le cours se déroule sous la forme de six séances qui commencent par un cours magistral de 45 à 60 minutes, et se poursuivent par environ 2 heures de travaux dirigés sur le sujet du jours, traités en petits groupes, et dont les étapes les plus importantes sont corrigées au tableau.

Examen écrit d'une heure sur les séances 1 à 3 (sans document) en milieu de module: 30 %

Examen écrit de 2h30 sur les séances 1 à 6 (polycopié autorisé), à la fin du module : 70 %

Un polycopié vous sera remis au début du cours. Les énoncés des travaux dirigés seront distribués lors de chaque séance. La présentation du chapitre, l'énoncé du TD et le questionnaire d'auto-évaluation seront accessibles sur Educnet avant chaque séance. Quelques documents d'approfondissement sont aussi déposés sur Educnet au fil du cours. Des vidéos de cours et d'exercices corrigés réalisées en 2020 sont accessibles sur la chaîne Eductv de l'Ecole.

8 groupes