Département de Physique
Filière
Sciences de la Matière Physique
SMP-S4
Cours de
Pr. Lamiae TALHA Année universitaire 2023-2024
2
Participants au 5e Congrès Solvay tenu en octobre 1927 sur le thème « Electron et photon » à l’institut
international de physique Solvay dans le parc Léopold à Bruxelles
Constantes fondamentales
Vitesse de la lumière :
Constante de Boltzmann :
Constante de Planck :
Constante de Planck réduite :
Permittivité du vide :
Charge de l’électron :
Masse de l’électron :
Masse de proton :
Masse de neutron :
Rayon de Bohr :
Constante de Rydberg :
Définition de quelques unités
Angstrom : (ordre de grandeur de la dimension d’un atome)
Fermi : (ordre de grandeur de la dimension d’un noyau)
Electron-Volt :
3
Quelques dates historiques
1847
Helmoltz énonce la loi générale de conservation de l'énergie (mécanique,
calorifique, électrique et magnétique)
1848
Kelvin introduit l’échelle absolue des températures
1850
Enoncé du second principe de la thermodynamique (Clausius)
1860
Kirchhoff pose les bases thermodynamiques de la théorie du rayonnement.
Maxwell entreprend l'étude de la théorie cinétique de gaz et donne la loi de
distribution des vitesses moléculaires
1865
Clausius, Rankine et Kelvin définissent l’entropie
1860-1877
Boltzmann et Gibbs posent les bases de la mécanique statistique classique. En
1877 Boltzmann définit l'entropie en termes de probabilités
1879
Stefan établit la relation entre l’intensité du rayonnement du corps
noir par unité de surface et la température absolue
ELECTRONS ET ATOMES…..
1828
G.Brown découvre au microscope le « mouvement brownien » (agitation de
particules microscopiques)
1869
Classification périodique des éléments (Mendelev)
Première étude des rayons cathodiques
1879
Action d'un champ magnétique sur les rayons cathodiques (Crookes)
1896
Construction de la première chambre à ionisation pour détecter les particules
(Wilson)
1897
J.J.Tomson établie l’existence de l’électron
1905
Einstein fait la théorie du mouvement brownien
OPTIQUE…
1800
Malus la polarisation de la lumière par réflexion
1803
Young effectue les premières expériences d'interférences lumineuses
1814
(et après) Fresnel effectue des expériences systématiques d'interférences et de
diffraction et développe la théorie ondulatoire de la lumière, auparavant
abandonnée à cause de l’autorité de Newton
1819
Arago et Fresnel montrent que les vibrations lumineuses sont transverses
1829
Fizeau mesure la vitesse de la lumière
1865
Equations de Maxwell
1882
Mise au point des réseaux de diffraction (Rowland)
1887
Expérience de Michelson et Morley : le mouvement de la terre n’influe pas
sur la vitesse de la lumière
de 1887 à
1893
Etude expérimentale des ondes radioélectroniques par Hertz, ce qui confirme
les équations de Maxwell et établie que la lumière est un phénomène
électromagnétique
1895
Découverte des rayons X (Röntgen)
1905
Einstein pose les principes de la relativité restreinte.
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Table des matières
Chapitre I : Insuffisances de la physique classique Début de la théorie quantique................................................... 5
I. Introduction ..................................................................................................................................................... 6
II. Cadre de la théorie classique ....................................................................................................................... 6
III. Structure corpusculaire de la lumière .......................................................................................................... 8
Chapitre II : Structure ondulatoire des particules matérielles : Onde de la matière ................................................ 33
I. Onde de la matière de Louis De Broglie ....................................................................................................... 34
II. Quantification de la matière et la relation de L. De Broglie ...................................................................... 35
III. Confirmation expérimentale de l’hypothèse de L. De Broglie .................................................................. 35
Chapitre III : Fonction d’onde et l’équation de Schrödinger .................................................................................. 38
I. Fonction d’onde associée à une particule ...................................................................................................... 39
II. Equation de Schrödinger dépendante du temps (Prix Nobel 1933) ........................................................... 42
III. Principe d’Incertitude d’Heisenberg (P.I.H). (1927) ................................................................................. 49
IV. Applications ............................................................................................................................................... 52
Chapitre IV : Résolution de l’équation Schrödinger- Etats stationnaires ............................................................... 55
I. Etats stationnaires .......................................................................................................................................... 56
II. Cas d’un potentiel constant : ..................................................................................................................... 57
III. Exemples de potentiels .............................................................................................................................. 58
IV. Résolution de l’équation de Schrödinger dans le cas de potentiel carré .................................................... 60
Chapitre V : Formalisme mathématique de la mécanique quantique ..................................................................... 78
Introduction ........................................................................................................................................................... 79
I.
Espace des fonctions d'onde F ....................................................................................................................... 79
II.
Représentation de Dirac, Espace des Etats ...................................................................................................... 82
III.
Calcul matriciel et notion de représentations dans l’espace des états ............................................................. 87
IV.
Spectre d’un Opérateur. Equation aux valeurs propres ................................................................................... 90
V.
Notion d’observables ...................................................................................................................................... 91
VI.
Ensemble complet d’observables qui commutent ........................................................................................... 92
VII.
Applications .................................................................................................................................................... 93
Chapitre VI : Description des Phénomènes Physique et Postulats de la Mécanique Quantique ............................ 95
II. Postulats de la mécanique
quantique .............................................................................................................. 96
III. Contenu physique des postulats de la mécanique quantique ........................................................................... 98
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Chapitre I : Insuffisances de la physique classique
Début de la théorie quantique
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