Physique statistique pour l'ingénieur
Résumé
La compréhension de l'origine microscopique des comportements macroscopiques des états de la matière nécessite une approche statistique, autorisée par le très grand nombre des constituants élémentaires. Ce cours constitue une introduction à la physique statistique pour des étudiants de troisième année de licence ou de première année d'école d'ingénieur. Il commence par une présentation des outils de base (dénombrement des micro-états, entropie, fonction de partition...) sur des systèmes simples, assemblées de composantes sans interaction, à l'équilibre. Il aborde successivement des systèmes discrets puis continus, isolés puis en interaction avec leur environnement. Ceci permet de fonder les premier et second principes de la thermodynamique. Les illustrations sont choisies dans le domaine du comportement des états de la matière (équation d'état du gaz parfait, élasticité des polymères, défauts dans les solides cristallins, pression osmotique...). Il est montré comment les statistiques quantiques permettent de comprendre la stabilité de la matière et la thermodynamique du rayonnement. La prise en compte des interactions entre composantes conduit ensuite à une discussion des transitions de phase (liquide-gaz, miscibilité des solutions, ferromagnétisme). La partie suivante est consacrée aux systèmes hors équilibre, et aux phénomènes de transport associés (conductivité, viscosité, diffusion). Le cours se termine par une ouverture à la physique des surfaces.