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 (systèmes à deux états, oscillateur harmonique, gaz parfait …).

Séance 1 : Description statistique des grands systèmes (9 février)

Séance 2 : Equilibres statistiques (16 février)

Séance 3 : Thermodynamique statistique (1er mars)

Séance 4 : Gaz parfaits (15 mars)

Séance 5 : Transition de phase (22 mars)

Séance 6 : Systèmes hors équilibre - Lois de transport (5 avril)

Le cours se déroule sous la forme de six séances qui commencent par un cours magistral de 45 minutes, et se poursuivent par 1h45 de travaux dirigés.

Sur la base du volontariat, possibilité de travailler sur un projet accompagné pour quelques binômes.

Séances de tutorat après les séances 3 et 6.

Examen écrit de 1h30 sur les séances 1 à 3 (sans document) le 8 mars : 30 %

Examen écrit de 2h30 sur les séances 1 à 6 (polycopié autorisé) le 12 avril : 70 %

Bonus pour les élèves engagés dans un projet.

Polycopié, énoncés et corrigés des travaux dirigés, vidéos de cours et d'exercices sur la chaîne Eductv de l'Ecole (https://eductv.enpc.fr/channels/#physique-statistique).

4 groupes (100 élèves)