ENPC Ecole des ponts
ACCUEIL DU CATALOGUE DES COURS ACCUEIL DU SITE FRANCAIS ACCUEIL DU SITE INTERNATIONAL
Physique statistique
Année scolaire 2021-2022
Créneau

Semestre 1

RAS

Prérequis

Cours de thermodynamique de classe préparatoire

Enseignant responsable François CHEVOIR
Equipe enseignante François CHEVOIR, Alfred KIRSCH, Emmanuel KEITA, Vincent LANGLOIS, Anaël LEMAITRE, Christophe CHEVALIER, Abdoulaye FALL, Laurent BROCHARD
Objectifs du module

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…).

Programme du module

Chapitre 1 : Description statistique d'un système physique

 

- Equilibre statistique

 

- Systèmes à deux états

 

- Loi des grands nombres

 

- Marches aléatoires

 

 

Chapitre 2 : Energie et désordre ; désordre et entropie

 

- Systèmes isolés

 

- Maximisation du désordre

 

- Dénombrement

 

- Echange d'énergie

 

- Température et entropie statistiques

 

Chapitre 3 : Equilibre thermique

 

- Entropie et température statistiques

 

- Exemple du gaz parfait

 

- Distribution de Boltzmann-Gibbs

 

- Distribution de l'énergie

 

- Equipartition de l'énergie

 

- Fonction de partition : factorisation

 

 

Chapitre 4 : Thermodynamique statistique

 

- Indiscernabilité et gaz parfait

 

- Entropie et information : entropie statistique de Gibbs

 

- Equilibre osmotique et potentiel chimique

 

- Thermodynamique retrouvée

 

Chapitre 5 : Transitions de phase

 

- Interactions entre particules

 

- Transition liquide-gaz : méthode de champ moyen

 

- Ferromagnétisme : modèle d'Ising

 

- Généralisations

 

Chapitre 6 : Systèmes hors équilibre

 

- Phénomènes de transport

 

- Equation maîtresse, Irréversibilité

 

- Diffusion : modèle de Maxwell, mouvement brownien

Modalités

Le cours se déroule en six séances de travaux dirigés de 2h15 le jeudi matin (9h00-11h15). Avant chaque séance, les élèves lisent le chapitre du polycopié et préparent des exercices ; ils disposent d'un QCM d'auto-évaluation et de vidéos de présentation du chapitre et d'un exercice corrigé. La première partie de la séance reprend rapidement les principaux points du chapitre avant des réponses aux questions sur le chapitre, l'exercice et le QCM. La seconde partie est consacrée à l'étude de problèmes sur le thème de la séance. Trois séances de tutorat au fil du cours sont proposées aux élèves demandeurs.

Contrôle des connaissances - Règles de validation du module

Examen écrit d'une heure sur les séances 1 à 4, au début de la séance 5 : 30%

 

Examen écrit de deux heures trente sur les séances 1 à 6, à la fin du cours : 70 %

Adresse du site du module educnet.enpc.fr/course/view.php?id=223
Documents pédagogiques - Bibliographie

Polycopié du cours distribué avant la première séance.

 

Enoncé des travaux dirigés distribué à chaque séance.

 

Autres documents déposés sur le site Educnet au fil des séances : vidéos, énoncés et corrigés des exercices traités en petite classe, QCM d'auto-évaluation, annales d'examen.

Effectif maximal

8 groupes

Département de rattachement Département de 1ère année
Nombre de crédits ECTS 2,5 crédits ECTS
Code 1PHYS
Dernière mise à jour  :  10/09/2021
Rechercher des modules      Liste complète des titres de module      Liste complète des responsables de module
Imprimer © École nationale des ponts et chaussées Haut de page