Descriptif
Responsable : Rémi Monasson
Ce cours constitue une introduction aux concepts et aux méthodes de la Physique Statistique, dont l’objet est la déduction des propriétés macroscopiques d’un système physique à partir des lois microscopiques qui régissent le comportement de ses constituants.
Les domaines d’application de la Physique Statistique sont très nombreux, tant fondamentaux qu’appliqués. Sans elle, la distinction entre un métal et un isolant, les phénomènes de transition de phase, le fonctionnement d’un transistor, la stabilité des étoiles, la supraconductivité ou la suprafluidité, l’effet de serre ou les origines de l’Univers resteraient incompréhensibles.
Les idées et des méthodes issues de la Physique Statistique trouvent aussi de nombreuses applications à des domaines extérieurs à la physique elle-même, comme l’optimisation combinatoire ou la modélisation des réseaux (réseaux de neurones réseaux sociaux, internet, etc.). La modélisation du trafic routier, de la propagation d’épidémies, du fonctionnement des marchés financiers ou de certains phénomènes économiques a récemment bénéficié des apports de cette discipline.
La Physique Statistique est un outil et un ensemble de concepts indispensables à tout physicien, et ingénieur, mais aussi à la culture générale d’un futur cadre polytechnicien.
Il n'y a pas de prérequis, mais l'étude du chapitre 7 du cours PHY430 (PHY_41030_EP) sur les particules identiques en mécanique quantique est fortement recommandée.
Langue du cours : Français
Diplôme(s) concerné(s)
Objectifs de développement durable
ODD 7 Energie propre et d’un coût abordable, ODD 9 Industrie, Innovation et Infrastructure, ODD13 Mesures relatives à la lutte contre les changements climatiques.Pour les étudiants du diplôme Non Diplomant
Il n'y a pas de prérequis, mais l'étude du chapitre 7 du cours PHY430 sur les particules identiques en mécanique quantique est fortement recommandée.
Format des notes
Numérique sur 20Littérale/grade réduitPour les étudiants du diplôme Non Diplomant
Vos modalités d'acquisition :
Examen écrit de 3 heures. Noté sur 20.
Aucun document n'est autorisé. Calculatrice autorisée.
Matériels interdits : traducteurs électroniques, ordinateurs, tablettes et téléphones.
Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée)- Crédits ECTS acquis : 5 ECTS
Pour les étudiants du diplôme Programmes d'échange internationaux
Vos modalités d'acquisition :
Une épreuve écrite de 3h. Le contrôle classant est noté sur 20 auquel se combine une note de PC.
Aucun document n'est autorisé. Calculatrice autorisée.
Matériels interdits : traducteurs électroniques, ordinateurs, tablettes et téléphones.
- Crédits ECTS acquis : 5 ECTS
La note obtenue est classante.
Pour les étudiants du diplôme Titre d’Ingénieur diplômé de l’École polytechnique
Vos modalités d'acquisition :
Une épreuve écrite de 3h. Le contrôle classant est noté sur 20 auquel se combine une note de PC.
Aucun document n'est autorisé. Calculatrice autorisée.
Matériels interdits : traducteurs électroniques, ordinateurs, tablettes et téléphones.
- Crédits ECTS acquis : 5 ECTS
Le coefficient de l'UE est : 10
La note obtenue rentre dans le calcul de votre GPA.
La note obtenue est classante.
Programme détaillé
Cette introduction présente les concepts généraux de la Physique Statistique, la notion d’équilibre thermodynamique et les « ensembles canoniques ». L’application de ces concepts à des systèmes simples comme le gaz parfait, permettra de comprendre des notions fondamentales comme l’entropie, la température ou la chaleur, et de retrouver les lois de la thermodynamique classique.
On s’intéressera en particulier aux propriétés statistiques d’un ensemble de particules indiscernables régies par la mécanique quantique et où le principe de Pauli joue un rôle essentiel. On mettra en évidence les propriétés radicalement différentes des gaz de «fermions» et de «bosons» (statistiques de Fermi-Dirac et de Bose-Einstein). Les applications à la physique de notre univers quotidien sont multiples, du comportement des métaux ou des semi-conducteurs à la physique du rayonnement électromagnétique dans lequel nous baignons, jusqu’au rayonnement fossile cosmologique.
On abordera ensuite la physique des transitions de phase et plus généralement celle des phénomènes collectifs, avec de nombreuses illustrations. On montrera le caractère universel de ces comportements collectifs, le concept de brisure spontanée de symétrie et comment la physique statistique permet d’unifier de nombreux phénomènes dans un même cadre conceptuel.