IST Syllabus L3 Programme Majeure 5a Physique Chimie

Semestre : S5

97,5h 

Physique quantique (24h de CM, 25,5h de TD et 12h de TP)

UE Physique Quantique

Compétences visées
Connaître les expériences « historiques » qui ont abouti à la naissance de la physique quantique et savoir utiliser simplement ses hypothèses de base (inégalités d’Heisenberg, …). Savoir manipuler les concepts de fonction d’onde et d’équation de Schrödinger dans des cas simples (1 dimension d’espace, potentiels carrés, …). Savoir utiliser les outils mathématiques du formalisme de Dirac (espace vectoriel des états, bases de vecteurs, bras, kets, valeurs propres d’opérateurs hamiltonien, ...) dans des cas simples. Être capable d’interpréter physiquement les résultats des calculs en physique quantique et comprendre leurs conséquences pour des phénomènes comme la liaison chimique, etc.

Programme du cours

- Naissance de la physique quantique
Apogée et failles de la physique classique; Hypothèse de Planck; Relations de Planck-Einstein; Quantification des niveaux d’énergie de l’atome; Hypothèse de de Broglie; Quanton et fonction d’onde; Interprétation probabiliste de la fonction d’onde; Inégalités d’Heisenberg.

- Description quantique
Equation de Schrödinger ; Courant de probabilité; Quanton libre et paquet d’ondes; Quanton dans un potentiel indépendant du temps; Etats stationnaires; Résolution de l’équation de Schrödinger à 1 dimension dans un potentiel carré (puits infini, marche de potentiel, barrière de potentiel, effet tunnel); Espace des états, notation de Dirac, mesure; Système à deux niveaux, formule de Rabi.

Programme TP

Expériences historiques mettant en évidence les failles de la physique classique :
     Rayonnement thermique
     Spectroscopie de l'atome d'hydrogène
     Expérience de Franck et Hertz

Electromagnétisme 2 (13,5h de CM, 15h de TD et 7,5h de TP ​​​​​​​)

UE Electromagnétisme 2
(Mutualisée avec la majeure M5a-P)

Compétences visées
Savoir utiliser les formes locales et intégrées des équations de Maxwell et des lois de conservation, pour déterminer la propagation d'une onde électromagnétique dans le vide, dans un conducteur et à l'interface entre ces deux milieux.

Programme du cours
Lois et notions
Opérateurs vectoriels, équations de Maxwell, conservation de la charge électrique, potentiel vecteur, potentiel scalaire

Énergie électromagnétique
Densité d'énergie électromagnétique, conservation de l'énergie électromagnétique, vecteur de Poynting

Propagation dans le vide
Équation de propagation d'une onde électromagnétique dans le vide, structure d'une onde plane, sphérique, cylindrique dans le vide, transport d'énergie

Polarisation d'une onde
Polarisation d'une onde plane progressive monochromatique (rectiligne, circulaire, elliptique), onde non-polarisée, modification de la polarisation par un filtre polarisateur, par la réflexionsur une surface, par un matériel biréfringent, lames à retard

Propagation dans un milieu conducteur
Équation de propagation, relation de dispersion, effet de peau

Phénomènes de passage vide-conducteur
Relations de passage entre deux milieux, réflexion sur un conducteur, pression de radiation, ondes stationnaires


Programme de Travaux Pratiques
Comment déterminer la polarisation d'une source (laser, lampe blanche) en utilisant un filtre polarisateur et une lame quart-d'onde, loi de Malus, modification de la polarisation par une lame à retard