physique tout en un:cours et exercices corrigés
physique tout en un:cours et exercices corrigés de physique
Préambule pour une meilleure utilisation
Ce cheminement à travers la Physique comporte cinq parties. L'ordre adopté à l'intérieur d'une partie et les enchainements entre les différentes parties sont très différents des pratiques des classes préparatoires aux grandes écoles ou des premiers cycles des Facultés qui sont obligés à une "adéquation délicate" avec les programmes de Mathématiques, ... la maîtrise des outils de calcul étant indispensable à l'apprentissage de la Physique.
Nous donnons ci-après un rapide aperçu du contenu de chaque partie, étant entendu qu'un lien peut permettre de se rendre rapidement à la table de matière de la partie désirée.
Le lecteur peut aussi "surfer" à partir de la partie basse de cette page ; dans le cadre de droite il trouve la table complète des matières, celui de gauche établit une classification cours-exercices.
La première partie traite de la Mécanique classique (newtonienne), celle du "point" et celle du solide.
La Mécanique est la plus ancienne des sciences de la nature, elle est partout. Depuis trois siècles son apport est essentiel dans le développement des Sciences Physiques telles que nous les pratiquons actuellement.
Outre l’écriture des lois de la Mécanique suivant le type de référentiels, cette première partie permet d’introduire,
- le concept de masse lié à un milieu matériel,
- la force d’attraction universelle, la force coulombienne et la notion de champ de forces en ,
- la notion d’énergie cinétique, d’énergie potentielle, d’énergie d’interaction,
- les forces élastiques et la notion d’oscillateur.
La seconde partie approfondit l’aspect matière d’un milieu à savoir structure (états gazeux, liquides ou solides), interprétations microscopiques liées à l’hypothèse atomique et paramètres macroscopiques mesurables (pression et température).
Cette connaissance de la matière est utilisée pour rapporter du comportement d’un milieu soumis à un champ électrique ou/et magnétique. Au terme de cette étude, on établit les équations de Maxwell qui régissent les phénomènes électromagnétiques.
Contenu:
COURS
EXERCICES
AUTRES
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Date de publication : 06/04/2016
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Sommaire:
Avant-propos
Table des matières
Première Partie
Dynamique du point
1. Principe de l’inertie
2. Principe fondamental de la dynamique newtonienne
3. Remarques
4. Principe de l’invariance galiléenne
5. Principe fondamental de la dynamique dans un référentiel non galiléen
6. Principe de l’action et de la réaction
7. Les lois de la Mécanique dans le système solaire
8. Théorème de l’énergie cinétique
9. Champs de forces en (attraction universelle et force coulombienne)
10. Energie potentielle . Energie mécanique
11. Les forces élastiques
Annexe 1 : Espace-temps
Annexe 2 : Composition des mouvements
Annexe 3 : Les interactions fondamentales
Exercices de dynamique du point
Exercices sur les champs de forces
Quelques phénomènes de dynamique terrestre
1. Le champ de pesanteur terrestre
2. La déviation à l’Est
3. Le pendule de Foucault
4. Le phénomène des marées
Le problème à deux corps
Oscillateurs à un degré de liberté
Oscillateurs à plusieurs degrés de liberté
Notions simples de Mécanique du solide
1. Définition d’un solide. Degrés de liberté
2. Distribution des vitesses dans un solide
3. Composition des mouvements
4. Eléments cinétiques d’un solide
5. Forces s’exerçant sur un solide
6. Dynamique du solide
Exercices de mécanique du solide
Etude d’un pendule composé
Considérations sur le fonctionnement des automobiles
Deuxième Partie
Description macroscopique de la matière
1. Physique des milieux continu
1.1. Systèmes. Variables d’état. Etat d’équilibre. Equations d’état
1.2. Transformations d’un système
2. Statique des fluides
2.1. Pression dans un fluide au repos dans un référentiel galiléen
2.2. Principe de l’hydrostatique
2.3. Relation locale traduisant l’équilibre d’un fluide dans un référentiel non galiléen
2.4. Phénomènes de tension superficielle
3. Température et équations d’état des gaz parfaits
3.1. Principe de Thermométrie
3.2. Echelles de température. Echelle légale
3.3. La mesure des températures
4. Equations d’état
4.1. Applications simples de l’équation d’état des gaz parfaits
4.2. Equations d’état des corps réels
5. Déformation des solides
5.1. Contraintes normales
5.2. Compression hydrostatique
5.3. Contraintes tangentielles
5.4. Torsion
5.5. Flexion
6. Changements de phases (d’état) des corps purs
6.1. Introduction
6.2. Observation courante
6.3. Equilibre liquide-vapeur
6.4. Equilibre liquide-solide, équilibre solide-gaz
6.5. Remarque
Exercices de statique des fluides
Description microscopique de la matière
1. Introduction : gaz, liquide, solide
2. Les particules de base de la matière
3. Les deux états de la matière : l’état désordonné et l’état ordonné
Annexe : La loi de distribution des vitesses de Maxwell
Structure de la matière : chaîne d’atomes monodimensionnelle
La matière en présence d’un champ électrique
1. Les diélectriques
1.1.Les différents types de polarisation
1.2. Dipôle électrique
1.3. Potentiel électrique créé par un diélectrique polarisé
1.4. Théorème de Gauss
1.5. Energie électrique
2. Les conducteurs
2.1. Le conducteur en équilibre électrostatique
2.2. Le conducteur en électrocinétique
Annexe : La théorie des bandes d'énergie (isolants, semi-conducteurs, conducteurs)
Exercices sur les milieux diélectriques
Exercices sur les milieux conducteurs
La matière en présence d’un champ magnétique
1. Forces de Laplace. Loi de Biot et Savart
1.1. Forces de Laplace
1.2. Loi de Biot et Savart
1.3. Propriétés du champ magnétique
1.4. Energie potentielle
2. Le phénomène d’induction
2.1. Expériences significatives
2.2. Etude théorique quantitative
3. Les milieux magnétiques
3.1. Dipôle magnétique
3.2. Aimantation. Excitation magnétique
3.3. Potentiel vecteur créé par une aimantation
3.4. Théorème d’Ampère
3.5. Energie magnétique
4. Conséquences du phénomène d’induction
4.1. Exemple de transformation énergie électrique-énergie mécanique
4.2. Auto-induction. Induction mutuelle
4.3. Retour sur l’énergie magnétique
Exercices sur les milieux magnétiques
Exercices sur le phénomène d'induction
Les équations de Maxwell
1. Introduction
1.1. Rappels des lois de base en électricité
1.2. Conservation de la charge
1.3. Equation de Maxwell-Ampère
2. Les équations de Maxwell
3. Cas du conducteur
Exercices sur les courants continus
Exercices sur les courants transitoires
Exercices sur les courants sinusoïdaux
Exercices sur les circuits avec amplificateurs opérationnels
Troisième Partie
Généralités sur les phénomènes de propagation
1. Intégrale générale de l’équation de propagation
2. Propagation dans un milieu dispersif
3. Régimes quasi-stationnaires
4. Effet Doppler-Fizeau
5. Interférences
Exemples d’ondes mécaniques
1. L’onde sonore
1.1. Equation de propagation
1.2. Impédance acoustique
1.3. Energie de l’onde acoustique progressive
2. La corde vibrante " infiniment souple "
2.1. Equation de propagation
2.2. Energie
Réflexion et transmission d’une onde sonore
Etude de la corde vibrante
Les ondes électromagnétiques
1. Rappel sur les équations de Maxwell
2. Equations de propagation en Electromagnétisme
3. L’onde électromagnétique dans le vide
4. L’onde électromagnétique dans un diélectrique
5. L’onde électromagnétique dans un conducteur
6. Energie des ondes électromagnétiques
7. Equations de Maxwell et approximation des états quasi-stationnaires
8. Les différents types d’ondes électromagnétiques
Ondes électromagnétiques non planes
Dispersion, absorption et émission d’ondes électromagnétiques
Rayonnement dipolaire
Antenne demi-onde
Equation des télégraphistes
Détermination des caractéristiques des diélectriques
Propagation dans un plasma gazeux
Equations de Maxwell et Théorème de Malus
Introduction à l’optique
1. Evolution des idées sur la nature de la lumière
2. Les sources de lumière
2.1. Le Soleil
2.2. Les sources incandescentes
2.3. Les tubes à décharge
2.4. Les lasers
3. Emission de lumière
3.1. Emission de la lumière par les gaz et les vapeurs
3.2. Emission spontanée, émission stimulée
3.3. Principe du laser
4. Optique ondulatoire et optique géométrique
Optique géométrique et Diffraction
1. Approximation " Optique géométrique "
1.1. Le théorème de Malus
1.2. Equation différentielle de la trajectoire d’un rayon lumineux
1.3. Principe de Fermat
1.4. Le principe d’Huygens
1.5. La formation des images
1.6. Systèmes centrés
1.7. Aberrations
2. Phénomène de diffraction
2.1. Mises en évidence expérimentales
2.2. Principe d’Huygens-Fresnel
2.3. Théorème de Babinet
2.4. Diffraction de Fresnel. Diffraction de Fraunhofer
2.5. Diffraction à l’infini par une surface plane
2.6. Pouvoir séparateur des instruments optiques
Exercices d'optique géométrique
Fibre optique
Image diaphragmée en Optique
Interférences en Optique
1. Interférences par division de front d’ondes
1.1. Interférences à deux ondes (dispositif des fentes d’Young)
1.2. Interférences à plusieurs ondes (réseaux)
2. Interférences par division d’amplitudes
2.1. Interférences à deux ondes (lames à faces parallèles, coin d’air)
2.2. Interférences à ondes multiples (Interféromètre de Fabry-Pérot)
Exercices d'optique ondulatoire
Photométrie et détecteurs
1. Grandeurs photométriques
2. Application à la formation des images
3. Détecteurs
Interféromètre de Sagnac
Largeur de raies : distribution gaussienne
Quatrième Partie
L’énergie et sa conservation
1. Notion de conservation de l’énergie
2. Premier Principe de la Thermodynamique
2.1. Modification de l’état d’un système
2.2. Principe d’équivalence
2.3. Energie interne
2.4. Premier principe de la Thermodynamique pour un système fermé
3.Mécanique et Thermodynamique. Principe de conservation de l’énergie
Le second principe de la Thermodynamique. Entropie
(Notion d’extremum en Sciences Physiques)
1. Les lois de la Physique
2. Minimum de la fonction potentielle
3. Le second principe de la Thermodynamique
3.1. Le second principe pour un système fermé
3.2. Les énoncés de Clausius et Thomson
3.3. Les causes d’irréversibilité
Transferts d’énergie. Propriétés de la matière. Bilans énergétiques
1. Variables intensives et extensives
2. Travail des forces de pression extérieure
3. Propriétés de la matière : détermination des fonctions d’état
3.1. Les caractéristiques des corps homogènes
3.2. Etude thermodynamique des changements de phase d’un corps pur
4. Notions de transferts thermiques
4.1. Conduction de la chaleur
4.2. Echanges de chaleur à la frontière d’un solide
5. Bilans énergétiques simples faisant intervenir les transferts thermiques
5.1. Paroi solide inerte d’échangeur en régime permanent
5.2. Bilans énergétiques pour un solide en régime transitoire
5.3. Bilan énergétique pour un fluide en écoulement permanent
Annexe : Calorimétrie
Considérations sur les machines thermiques
1. Considérations théoriques sur les machines dithermes
1.1. Les moteurs
1.2. Les appareils frigorifiques et les pompes à chaleur
2. L’énergie dans le monde contemporain
2.1. Les sources d’énergie
2.2. Bilan énergétique
2.3. Les limites du Professeur de Science
3. Quelques données techniques sur la réalisation des machines
3.1. Le moteur à vapeur d’eau fonctionnant suivant un cycle de Carnot
3.2. Appareil frigorifique – ou pompe à chaleur – fonctionnant suivant un cycle de Carnot
3.3. Les machines à vapeur réelles
3.4. Les moteurs à combustion interne
4. Notions simples sur les systèmes ouverts
4.1. Premier principe de la Thermodynamique pour un système ouvert
4.2. Exemples d’utilisation
Centrale de production d’électricité
Entropie d'irréversibilité
Mécanique des fluides
1. Généralités
1.1. Description du fluide en mouvement
1.2. Dérivation suivant la méthode d’Euler
1.3. Equation de continuité (ou de conservation de la masse)
1.4. Ecoulements laminaire et turbulent
1.5. Notion de viscosité dans un fluide en mouvement
2. Cinématique des fluides
2.1. Champ de vitesses dans un fluide
2.2. Exemples de compréhension
2.2. Etude des différents types de champ de vitesses
3. Dynamique des fluides
3.1. Equation de Navier. Equation de Navier- Stokes. Equation d'Euler
3.1.1. Equation de Navier-Stokes pour les fluides parfaits (Equation d'Euler)
3.1.2. Equation de Navier-Stokes pour les fluides incompressibles
3.2. Equation d'Euler et théorème de Bernoulli
3.3. Bilans énergétiques pour les écoulements permanents
3.4. Théorème d’Euler. Bilan de quantité de mouvement et de moment cinétique dans un écoulement permanent
Exercices de Cinématique des fluides
Exercices de Mécanique des fluides
Cinquième Partie
Théorie de la Relativité
1. Introduction
1.1. L’expérience de Michelson et Morley
1.2. Les postulats de la Relativité (Einstein 1905)
2. Relativité restreinte
2.1. La transformation de Lorentz
2.2. Quadrivecteur
2.3. Quadrivecteur position-temps
2.4. Temps propre
2.5. Equations de Maxwell en Relativité
2.6. Dynamique relativiste
2.7. Quadrivecteur impulsion-énergie
3. Relativité générale
Exercices de Relativité restreinte
Physique quantique
1. Introduction
1.1. Les faits expérimentaux conduisant à la Physique quantique
1.2. Onde associée à une particule
1.3. Mécanique ondulatoire. Propriétés de la fonction d’onde
2. Les ondes de matière. L’équations de Schrödinger
2.1. Paquet d’ondes libres. Vitesse de phase et vitesse de groupe
2.2. Inégalités d’Heisenberg
2.3. Equation de Schrödinger
Annexe 1 : Les faits expérimentaux conduisant à la Physique quantique
Effet Compton
Théorie du rayonnement du corps noir
Effet photoélectrique
Spectre de raies émis par les atomes
Expérience de Franck et Hertz
Exercices de Physique quantique
Physique statistique
1. Répartition microscopique des particules et état macroscopique d’équilibre
2. Répartition statistique de Bose-Einstein
3. Répartition statistique de Fermi-Dirac
4. Relation de Boltzmann entre l’entropie et le nombre de complexions
5. Limite commune des statistiques de Bose-Einstein et de Fermi-Dirac :Statistique corrigée de Maxwell-Boltzmann
Exercices de Physique statistique
Document 1 : Eléments de Mathématiques
1. Développements en série
2. Calcul des expressions indéterminées
3. Calcul différentiel
4. Différentielles d’ordre supérieur
5. Différentielles des fonctions de plusieurs variables indépendantes
6. Calcul intégral
7. Equations différentielles
8. Les différents repères
9. Eléments d’analyse vectorielle
10. Analyse de Fourier
Document 2 : L’univers
Préambule pour une meilleure utilisation
Ce cheminement à travers la Physique comporte cinq parties. L'ordre adopté à l'intérieur d'une partie et les enchainements entre les différentes parties sont très différents des pratiques des classes préparatoires aux grandes écoles ou des premiers cycles des Facultés qui sont obligés à une "adéquation délicate" avec les programmes de Mathématiques, ... la maîtrise des outils de calcul étant indispensable à l'apprentissage de la Physique.
Nous donnons ci-après un rapide aperçu du contenu de chaque partie, étant entendu qu'un lien peut permettre de se rendre rapidement à la table de matière de la partie désirée.
Le lecteur peut aussi "surfer" à partir de la partie basse de cette page ; dans le cadre de droite il trouve la table complète des matières, celui de gauche établit une classification cours-exercices.
La première partie traite de la Mécanique classique (newtonienne), celle du "point" et celle du solide.
La Mécanique est la plus ancienne des sciences de la nature, elle est partout. Depuis trois siècles son apport est essentiel dans le développement des Sciences Physiques telles que nous les pratiquons actuellement.
Outre l’écriture des lois de la Mécanique suivant le type de référentiels, cette première partie permet d’introduire,
- le concept de masse lié à un milieu matériel,
- la force d’attraction universelle, la force coulombienne et la notion de champ de forces en ,
- la notion d’énergie cinétique, d’énergie potentielle, d’énergie d’interaction,
- les forces élastiques et la notion d’oscillateur.
La seconde partie approfondit l’aspect matière d’un milieu à savoir structure (états gazeux, liquides ou solides), interprétations microscopiques liées à l’hypothèse atomique et paramètres macroscopiques mesurables (pression et température).
Cette connaissance de la matière est utilisée pour rapporter du comportement d’un milieu soumis à un champ électrique ou/et magnétique. Au terme de cette étude, on établit les équations de Maxwell qui régissent les phénomènes électromagnétiques.
Contenu:
COURS
- Dynamique du point
- Quelques phénomènes de dynamique terrestre
- Notions simples de Mécanique du solide
- Description macroscopique de la matière
- Description microscopique de la matière
- La matière en présence d’un champ électrique
- La matière en présence d’un champ magnétique
- Les équations de Maxwell
- Généralités sur les phénomènes de propagation
- Exemples d’ondes mécaniques
- Les ondes électromagnétiques
- Introduction à l’optique
- Optique géométrique et Diffraction
- Interférences en Optique
- Photométrie et détecteurs
- L’énergie et sa conservation
- Le second principe de la Thermodynamique. Entropie
- Transferts d’énergie. Propriétés de la matière. Bilans énergétiques
- Considérations sur les machines thermiques
- Mécanique des fluides
- Théorie de la Relativité
- Physique quantique
- Physique statistique
EXERCICES
- Exercices de dynamique du point
- Exercices sur les champs de forces
- Le problème à deux corps
- Oscillateurs à un degré de liberté
- Oscillateurs à plusieurs degrés de liberté
- Exercices de mécanique du solide
- Etude d’un pendule composé
- Considérations sur le fonctionnement des automobiles
- Structure de la matière : chaîne d’atomes monodimensionnelle
- Exercices sur les milieux diélectriques
- Exercices sur les milieux conducteurs
- Exercices sur les milieux magnétiques
- Exercices sur le phénomène d'induction
- Exercices sur les courants continus
- Exercices sur les courants transitoires
- Exercices sur les courants sinusoïdaux
- Exercices sur les circuits avec amplificateurs opérationnels
- Réflexion et transmission d’une onde sonore
- Etude de la corde vibrante
- Ondes électromagnétiques non planes
- Dispersion, absorption et émission d’ondes électromagnétiques
- Rayonnement dipolaire
- Antenne demi-onde
- Equations des télégraphistes
- Détermination des caractéristiques des diélectriques
- Propagation dans un plasma gazeux
- Equations de Maxwell et Théorème de Malus
- Exercices d'optique géométrique
- Fibre optique
- Exercices d'optique ondulatoire
- Image diaphragmée en Optique
- Interféromètre de Sagnac
- Largeur de raies : distribution gaussienne
- Centrale de production d’électricité
- Entropie d'irréversibilité
- Exercices de Statique des fluides
- Exercices de Cinématique des fluides
- Exercices de Mécanique des fluides
- Exercices de Relativité restreinte
AUTRES
- Document 1 : Eléments de Mathématiques
- Document 2 : L’univers
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Date de publication : 06/04/2016
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Sommaire:
Avant-propos
Table des matières
Première Partie
Dynamique du point
1. Principe de l’inertie
2. Principe fondamental de la dynamique newtonienne
3. Remarques
4. Principe de l’invariance galiléenne
5. Principe fondamental de la dynamique dans un référentiel non galiléen
6. Principe de l’action et de la réaction
7. Les lois de la Mécanique dans le système solaire
8. Théorème de l’énergie cinétique
9. Champs de forces en (attraction universelle et force coulombienne)
10. Energie potentielle . Energie mécanique
11. Les forces élastiques
Annexe 1 : Espace-temps
Annexe 2 : Composition des mouvements
Annexe 3 : Les interactions fondamentales
Exercices de dynamique du point
Exercices sur les champs de forces
Quelques phénomènes de dynamique terrestre
1. Le champ de pesanteur terrestre
2. La déviation à l’Est
3. Le pendule de Foucault
4. Le phénomène des marées
Le problème à deux corps
Oscillateurs à un degré de liberté
Oscillateurs à plusieurs degrés de liberté
Notions simples de Mécanique du solide
1. Définition d’un solide. Degrés de liberté
2. Distribution des vitesses dans un solide
3. Composition des mouvements
4. Eléments cinétiques d’un solide
5. Forces s’exerçant sur un solide
6. Dynamique du solide
Exercices de mécanique du solide
Etude d’un pendule composé
Considérations sur le fonctionnement des automobiles
Deuxième Partie
Description macroscopique de la matière
1. Physique des milieux continu
1.1. Systèmes. Variables d’état. Etat d’équilibre. Equations d’état
1.2. Transformations d’un système
2. Statique des fluides
2.1. Pression dans un fluide au repos dans un référentiel galiléen
2.2. Principe de l’hydrostatique
2.3. Relation locale traduisant l’équilibre d’un fluide dans un référentiel non galiléen
2.4. Phénomènes de tension superficielle
3. Température et équations d’état des gaz parfaits
3.1. Principe de Thermométrie
3.2. Echelles de température. Echelle légale
3.3. La mesure des températures
4. Equations d’état
4.1. Applications simples de l’équation d’état des gaz parfaits
4.2. Equations d’état des corps réels
5. Déformation des solides
5.1. Contraintes normales
5.2. Compression hydrostatique
5.3. Contraintes tangentielles
5.4. Torsion
5.5. Flexion
6. Changements de phases (d’état) des corps purs
6.1. Introduction
6.2. Observation courante
6.3. Equilibre liquide-vapeur
6.4. Equilibre liquide-solide, équilibre solide-gaz
6.5. Remarque
Exercices de statique des fluides
Description microscopique de la matière
1. Introduction : gaz, liquide, solide
2. Les particules de base de la matière
3. Les deux états de la matière : l’état désordonné et l’état ordonné
Annexe : La loi de distribution des vitesses de Maxwell
Structure de la matière : chaîne d’atomes monodimensionnelle
La matière en présence d’un champ électrique
1. Les diélectriques
1.1.Les différents types de polarisation
1.2. Dipôle électrique
1.3. Potentiel électrique créé par un diélectrique polarisé
1.4. Théorème de Gauss
1.5. Energie électrique
2. Les conducteurs
2.1. Le conducteur en équilibre électrostatique
2.2. Le conducteur en électrocinétique
Annexe : La théorie des bandes d'énergie (isolants, semi-conducteurs, conducteurs)
Exercices sur les milieux diélectriques
Exercices sur les milieux conducteurs
La matière en présence d’un champ magnétique
1. Forces de Laplace. Loi de Biot et Savart
1.1. Forces de Laplace
1.2. Loi de Biot et Savart
1.3. Propriétés du champ magnétique
1.4. Energie potentielle
2. Le phénomène d’induction
2.1. Expériences significatives
2.2. Etude théorique quantitative
3. Les milieux magnétiques
3.1. Dipôle magnétique
3.2. Aimantation. Excitation magnétique
3.3. Potentiel vecteur créé par une aimantation
3.4. Théorème d’Ampère
3.5. Energie magnétique
4. Conséquences du phénomène d’induction
4.1. Exemple de transformation énergie électrique-énergie mécanique
4.2. Auto-induction. Induction mutuelle
4.3. Retour sur l’énergie magnétique
Exercices sur les milieux magnétiques
Exercices sur le phénomène d'induction
Les équations de Maxwell
1. Introduction
1.1. Rappels des lois de base en électricité
1.2. Conservation de la charge
1.3. Equation de Maxwell-Ampère
2. Les équations de Maxwell
3. Cas du conducteur
Exercices sur les courants continus
Exercices sur les courants transitoires
Exercices sur les courants sinusoïdaux
Exercices sur les circuits avec amplificateurs opérationnels
Troisième Partie
Généralités sur les phénomènes de propagation
1. Intégrale générale de l’équation de propagation
2. Propagation dans un milieu dispersif
3. Régimes quasi-stationnaires
4. Effet Doppler-Fizeau
5. Interférences
Exemples d’ondes mécaniques
1. L’onde sonore
1.1. Equation de propagation
1.2. Impédance acoustique
1.3. Energie de l’onde acoustique progressive
2. La corde vibrante " infiniment souple "
2.1. Equation de propagation
2.2. Energie
Réflexion et transmission d’une onde sonore
Etude de la corde vibrante
Les ondes électromagnétiques
1. Rappel sur les équations de Maxwell
2. Equations de propagation en Electromagnétisme
3. L’onde électromagnétique dans le vide
4. L’onde électromagnétique dans un diélectrique
5. L’onde électromagnétique dans un conducteur
6. Energie des ondes électromagnétiques
7. Equations de Maxwell et approximation des états quasi-stationnaires
8. Les différents types d’ondes électromagnétiques
Ondes électromagnétiques non planes
Dispersion, absorption et émission d’ondes électromagnétiques
Rayonnement dipolaire
Antenne demi-onde
Equation des télégraphistes
Détermination des caractéristiques des diélectriques
Propagation dans un plasma gazeux
Equations de Maxwell et Théorème de Malus
Introduction à l’optique
1. Evolution des idées sur la nature de la lumière
2. Les sources de lumière
2.1. Le Soleil
2.2. Les sources incandescentes
2.3. Les tubes à décharge
2.4. Les lasers
3. Emission de lumière
3.1. Emission de la lumière par les gaz et les vapeurs
3.2. Emission spontanée, émission stimulée
3.3. Principe du laser
4. Optique ondulatoire et optique géométrique
Optique géométrique et Diffraction
1. Approximation " Optique géométrique "
1.1. Le théorème de Malus
1.2. Equation différentielle de la trajectoire d’un rayon lumineux
1.3. Principe de Fermat
1.4. Le principe d’Huygens
1.5. La formation des images
1.6. Systèmes centrés
1.7. Aberrations
2. Phénomène de diffraction
2.1. Mises en évidence expérimentales
2.2. Principe d’Huygens-Fresnel
2.3. Théorème de Babinet
2.4. Diffraction de Fresnel. Diffraction de Fraunhofer
2.5. Diffraction à l’infini par une surface plane
2.6. Pouvoir séparateur des instruments optiques
Exercices d'optique géométrique
Fibre optique
Image diaphragmée en Optique
Interférences en Optique
1. Interférences par division de front d’ondes
1.1. Interférences à deux ondes (dispositif des fentes d’Young)
1.2. Interférences à plusieurs ondes (réseaux)
2. Interférences par division d’amplitudes
2.1. Interférences à deux ondes (lames à faces parallèles, coin d’air)
2.2. Interférences à ondes multiples (Interféromètre de Fabry-Pérot)
Exercices d'optique ondulatoire
Photométrie et détecteurs
1. Grandeurs photométriques
2. Application à la formation des images
3. Détecteurs
Interféromètre de Sagnac
Largeur de raies : distribution gaussienne
Quatrième Partie
L’énergie et sa conservation
1. Notion de conservation de l’énergie
2. Premier Principe de la Thermodynamique
2.1. Modification de l’état d’un système
2.2. Principe d’équivalence
2.3. Energie interne
2.4. Premier principe de la Thermodynamique pour un système fermé
3.Mécanique et Thermodynamique. Principe de conservation de l’énergie
Le second principe de la Thermodynamique. Entropie
(Notion d’extremum en Sciences Physiques)
1. Les lois de la Physique
2. Minimum de la fonction potentielle
3. Le second principe de la Thermodynamique
3.1. Le second principe pour un système fermé
3.2. Les énoncés de Clausius et Thomson
3.3. Les causes d’irréversibilité
Transferts d’énergie. Propriétés de la matière. Bilans énergétiques
1. Variables intensives et extensives
2. Travail des forces de pression extérieure
3. Propriétés de la matière : détermination des fonctions d’état
3.1. Les caractéristiques des corps homogènes
3.2. Etude thermodynamique des changements de phase d’un corps pur
4. Notions de transferts thermiques
4.1. Conduction de la chaleur
4.2. Echanges de chaleur à la frontière d’un solide
5. Bilans énergétiques simples faisant intervenir les transferts thermiques
5.1. Paroi solide inerte d’échangeur en régime permanent
5.2. Bilans énergétiques pour un solide en régime transitoire
5.3. Bilan énergétique pour un fluide en écoulement permanent
Annexe : Calorimétrie
Considérations sur les machines thermiques
1. Considérations théoriques sur les machines dithermes
1.1. Les moteurs
1.2. Les appareils frigorifiques et les pompes à chaleur
2. L’énergie dans le monde contemporain
2.1. Les sources d’énergie
2.2. Bilan énergétique
2.3. Les limites du Professeur de Science
3. Quelques données techniques sur la réalisation des machines
3.1. Le moteur à vapeur d’eau fonctionnant suivant un cycle de Carnot
3.2. Appareil frigorifique – ou pompe à chaleur – fonctionnant suivant un cycle de Carnot
3.3. Les machines à vapeur réelles
3.4. Les moteurs à combustion interne
4. Notions simples sur les systèmes ouverts
4.1. Premier principe de la Thermodynamique pour un système ouvert
4.2. Exemples d’utilisation
Centrale de production d’électricité
Entropie d'irréversibilité
Mécanique des fluides
1. Généralités
1.1. Description du fluide en mouvement
1.2. Dérivation suivant la méthode d’Euler
1.3. Equation de continuité (ou de conservation de la masse)
1.4. Ecoulements laminaire et turbulent
1.5. Notion de viscosité dans un fluide en mouvement
2. Cinématique des fluides
2.1. Champ de vitesses dans un fluide
2.2. Exemples de compréhension
2.2. Etude des différents types de champ de vitesses
3. Dynamique des fluides
3.1. Equation de Navier. Equation de Navier- Stokes. Equation d'Euler
3.1.1. Equation de Navier-Stokes pour les fluides parfaits (Equation d'Euler)
3.1.2. Equation de Navier-Stokes pour les fluides incompressibles
3.2. Equation d'Euler et théorème de Bernoulli
3.3. Bilans énergétiques pour les écoulements permanents
3.4. Théorème d’Euler. Bilan de quantité de mouvement et de moment cinétique dans un écoulement permanent
Exercices de Cinématique des fluides
Exercices de Mécanique des fluides
Cinquième Partie
Théorie de la Relativité
1. Introduction
1.1. L’expérience de Michelson et Morley
1.2. Les postulats de la Relativité (Einstein 1905)
2. Relativité restreinte
2.1. La transformation de Lorentz
2.2. Quadrivecteur
2.3. Quadrivecteur position-temps
2.4. Temps propre
2.5. Equations de Maxwell en Relativité
2.6. Dynamique relativiste
2.7. Quadrivecteur impulsion-énergie
3. Relativité générale
Exercices de Relativité restreinte
Physique quantique
1. Introduction
1.1. Les faits expérimentaux conduisant à la Physique quantique
1.2. Onde associée à une particule
1.3. Mécanique ondulatoire. Propriétés de la fonction d’onde
2. Les ondes de matière. L’équations de Schrödinger
2.1. Paquet d’ondes libres. Vitesse de phase et vitesse de groupe
2.2. Inégalités d’Heisenberg
2.3. Equation de Schrödinger
Annexe 1 : Les faits expérimentaux conduisant à la Physique quantique
Effet Compton
Théorie du rayonnement du corps noir
Effet photoélectrique
Spectre de raies émis par les atomes
Expérience de Franck et Hertz
Exercices de Physique quantique
Physique statistique
1. Répartition microscopique des particules et état macroscopique d’équilibre
2. Répartition statistique de Bose-Einstein
3. Répartition statistique de Fermi-Dirac
4. Relation de Boltzmann entre l’entropie et le nombre de complexions
5. Limite commune des statistiques de Bose-Einstein et de Fermi-Dirac :Statistique corrigée de Maxwell-Boltzmann
Exercices de Physique statistique
Document 1 : Eléments de Mathématiques
1. Développements en série
2. Calcul des expressions indéterminées
3. Calcul différentiel
4. Différentielles d’ordre supérieur
5. Différentielles des fonctions de plusieurs variables indépendantes
6. Calcul intégral
7. Equations différentielles
8. Les différents repères
9. Eléments d’analyse vectorielle
10. Analyse de Fourier
Document 2 : L’univers
