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Thermodynamique et physique statistique

Thermodynamique et physique statistique Introduction Les grandeurs physiques Les di ?érentes grandeurs La température Le travail La chaleur Le premier principe Fonctions d ? état Le second principe Les échanges de chaleur Entropie Le second principe La physique statistique Mouvements aléatoires Principe ergodique Le second principe Statistiques quantiques Applications Machines thermiques Magnétisme Corps noir Métaux isolants et semi-conducteurs Diodes Transistors Naines blanches Super uides Supraconducteurs Références Introduction Qu ? est-ce que la thermodynamique Une première tentative sera de dire que c ? est la théorie de la chaleur Mais ce n ? est pas tout à fait exact car elle parle de bien d ? autres choses et il existe de plus une véritable théorie de propagation de la chaleur la théorie de Fourier Il serait alors plus juste de dire que cette théorie est caractérisée par trois choses ? Les relations qui existent entre les grandeurs pression volume et température Il faut y adjoindre bien d ? autres grandeurs mais c ? est trois-là sont au c ?ur de la théorie ? Le caractère macroscopique des systèmes La thermodynamique de traite pas de la physique des particules atomiques mais des systèmes à notre échelle constituée de milliards de milliards de particules comme une masse de gaz dans une bouteille par exemple ? Les phénomènes présentent un caractère irréversible L ? exemple typique est le verre qui se brise en mille morceaux mais ne se reconstitue pas spontanément Ou alors un mélange d ? eau chaude et d ? eau froide qui donne de l ? eau tiède mais ne se sépare ensuite pas spontanément en deux masses d ? eaux de températures di ?érentes A la base la thermodynamique traite des systèmes dits en équilibre thermique C ? est-à- dire de systèmes ayant une température homogène et constante Mais elle traite aussi des changements d ? équilibres et a depuis longtemps maintenant embrassé les systèmes dit hors équilibre ? La physique statistique est la théorie qui fait la liaison entre la thermodynamique et la physique fondamentale décrivant les interactions entre particules et atomes Elle le fait en traitant de la Csituation d ? assemblées de milliards de particules et en utilisant des outils tels que les probabilités et les statistiques C ? est une théorie très puissante qui a permis d ? élargir considérablement le champ d ? action de la thermodynamique La thermodynamique et la physique statistique se trouvent maintenant au c ?ur de nombreuses problématiques machines thermiques physique des matériaux supraconducteurs etc Ses applications sont nombreuses et variées Nous allons donner une présentation vulgarisée de la théorie c ? est-à-dire sans équations sauf les plus emblématiques à titre d ? illustration Mais nous essaierons malgré-tout d ? être aussi rigoureux que possible et de justi ?er tant que faire se peut les a ?rmations Il n ? y aura donc pas non plus de calculs élaborés sauf peut-être quelques calculs élémentaires là aussi à titre d ? illustration quelques additions et multiplications voire quelques calculs élémentaires ne