Programme de Physique pour la 1er année (pdf, 64Ko)

PHYSIQUE
I. OBJECTIF
Le cours de physique doit apporter à chaque élève les principes de bases théoriques et
les méthodes de modélisation et de résolution ou de calcul. Dans le plan de la succession des
modules proposés, un effort de synthèse et d'homogénéisation est apporté, afin de mieux
interfacer les concepts et les connaissances entres elles et également avec les disciplines
connexes (mathématiques, mécanique, chimie).
Une part importante de l'enseignement théorique et pratique est mise sur les
connaissances de nécessaires à la compréhension de la filière électronique prise au sens large
(Electronique — Electrotechnique — Automatique — Informatique).
Les cours sont découpés en trois grandes parties de trois modules de vingt et une
heures.
Les deux premières parties sont enseignées en première année :
D Grandeurs Physiques et Thermodynamique
D Electromagnétisme et Circuits Electriques
La troisième partie est enseignée en deuxième année :
> Optique — Propagation - Electronique
Le niveau général des cours est analogue à celui des classes préparatoires avec une
variante, une ou deux séances de trois heures de travaux pratiques viennent étayer chaque fin
de module.
II. PROGRAMME
TRONC COMMUN — PREMIERE ANNEE 1.
Outils pour la Physique
− Grandeurs, unités, équations aux dimensions.
− Mesures, erreurs, incertitudes, bruit, dérives, aspects statistiques.
Equation d'état d'un système, analogies électriques, ondes et mécanique, notions de
simulations analogiques et numériques.
Exemples de systèmes du premier ordre, deuxième ordre, notion d'inertie,
amortissement, stabilité.
− Champ de scalaires et de vecteurs, symétrie des systèmes physiques.
− Notions de capteurs, d'instrumentation, d'acquisition automatique.

2. Thermodynamique
a) Thermodynamique classique :
Gaz parfaits, pression, température, conductivité thermique, diffusion.
− Systèmes thermodynamiques, variables et équations d'état, transformations réversibles
isothermes et adiabatiques, chaleur, travail.
− Conduction de la chaleur dans les solides.
Changement de phase.
Premier principe, énergie interne, enthalpie.
− Deuxième principe, entropie.
− Machines thermiques, gaz réels.
b) Thermodynamique et physique microscopiques :
− Probabilités et entropie, théorie cinétique des gaz.
− Mécanique quantique et thermodynamique statistique.
− Boltzmann, Bose-Einstein, Fermi-Dirac, photon, électron, phonon.
− Electrons considérés comme gaz de Boltzmann, semi-conducteur, loi d'action de masse,
conduction, diffusion.
Thermoélectricité, effets thermoémissifs et photoélectriques.
Corps noir, émission, rayonnement, réception, bruit.
3. Electricité
CIRCUITS ELECTRIQUES EN REGIME CONTINU
1. DIPOLES
1) Définition:
2) Intensité du courant et tension électrique
a) Convention récepteur:
b) Convention générateur:
3) Puissance
4) Dipôles passif et actif
a) Dipôle passif
b) Dipôle actif:
5) Les dipôles particuliers
a) La source de tension
b) La source de courant
c) La résistance - La loi d'Ohm
d) Le nullateur
e) Le norateur
6) Dipôle quelconque
a) Modélisation d'une source de tension réelle
b) Modélisation d'une source de courant réelle
c) Equivalence Thévenin-Norton
7) Point de fonctionnement

Il. Calcul de circuits
1) Quelques définitions :
a) Dipôle linéaire
b) Réseau linéaire
c) Noeud
d) Branche
e) Maille
2) Lois de Kirchoff
a) Loi des nœuds:
b) Loi des mailles
3)Dipôle équivalent
a) Résistance équivalente d'une association série de deux résistances
b) Résistance équivalente d'une association parallèle de deux résistances
c) Association de deux générateurs de tensions en série
d) Association de deux générateurs de courant en parallèle
4) Analyse d'un réseau linéaire
a) Représentation d'une branche
b) Cas d'une source de tension en parallèle
c) Cas d'une source de courant en série dans une branche
d) Résolution du réseau
e) La méthode des mailles:
f) La méthode des nœuds
5. Simplifications de circuits
a. Branche sans courant
b. Points équipotentiels
c. Symétrie
d. Antisymétrie
III. LES THEOREMES GENERAUX
1) Préliminaires
a) Extinction d'une source de tension
b) Extinction d'une source de courant
2) Théorème de superposition
3) Théorème de Millmann
4) Pont diviseur de tension
5) Pont diviseur de courant
6) Théorème de Thévenin
7) Théorème de Norton
8) Théorème de Kennely
a) Transformation triangle -+ étoile
b) Transformation étoile triangle

REGIMES TRANSITOIRES DES CIRCUITS ELECTRIQUES 1.
NOUVEAUX ELEMENTS PASSIFS
1. LE CONDENSATEUR
a) Charge d'un condensateur relation tension-courant
b) Aspect énergétique
c) Associations de condensateurs
2) L'inductance
a) Flux dans une inductance - relation tension-courant
b) Aspect énergétique
c) Associations d'inductances non couplées
3) Cas de deux inductances couplées - Coefficient d'inductance mutuelle
a) Flux - relations tensions - courants
b) Aspect énergétique
c) Associations de deux inductances couplées
II. REGIME TRANSITOIRE - REGIME PERMANENT - EQUATION DIFFERENTIELLE
1) Equation différentielle du premier ordre
2) Equation différentielle du second ordre
a) Résolution de l'équation sans second membre:
b) Solution particulière de l'équation différentielle
III. ETUDE DE QUELQUES REGIMES TRANSITOIRES TYPIQUES
1) Réponse d'un circuit R-C à un échelon (réponse indicielle)
2) Réponse d'un circuit R-L à un échelon de tension
3) Oscillateur harmonique
4) Etude détaillée du circuit R-L-C série
a) Equation sans second membre Régime
amorti ou apériodique, A'>O Régime
critique, A'=0 (2 =1)
Régime pseudopériodique, A`<O
b) Application d'un échelon de tension
CIRCUITS ELECTRIQUES EN REGIME SINUSOÏDAL
1. EXPRESSION TEMPORELLE D'UNE GRANDEUR SINUSOÏDALE 1)
Comparaison de deux grandeurs sinusoïdales
II. REPRESENTATION COMPLEXE D'UNE GRANDEUR SINUSOÏDALE
1) Représentation complexe de la dérivée d'une grandeur sinusoïdale
2) Représentation complexe de la primitive d'une grandeur sinusoïdale
3) Les lois de Kirchoff en représentation complexe

III. REPRESENTATION DE FRESNEL
1) Représentation de Fresnel de la dérivée d'une grandeur
2) Représentation de Fresnel de la primitive d'une grandeur
IV. IMPEDANCES ET ADMITTANCES
1) Position du problème - impédance et admittance d'une inductance
2) Impédance et admittance d'un condensateur
3) Impédance et admittance d'une résistance
4) Associations d'impédances
a) En série
b) En parallèle
5) Lois des circuits électriques en régime sinusoïdal
V. ETUDE DE QUELQUES CAS TYPIQUES
1) Le circuit R,L série (bobine réelle)
2) Le circuit R, C parallèle (condensateur réel)
VI. LES PUISSANCES EN REGIME SINUSOÏDAL
1) Puissance instantanée - puissance active+puissance fluctuante
2) Puissance absorbée par un dipôle passif - puissance active instantanée+puissance
réactive
3) Facteur de puissance
4) Diagramme de Fresnel et puissance
5) Puissance complexe
6) Théorème de Boucherot
7) Tableau récapitulatif
COMPLEMENT SUR L'AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL PARFAIT (A.O.P) 1.
PRINCIPALES CARACTERISTIQUES
1. Caractéristique entrée-sortie
2. Différents régimes de fonctionnement de l'A.O.P.
a. Régime linéaire
b. Régime de saturation
II. MONTAGE CLASSIQUE DE L'A.O.P EN REGIME LINEAIRE
1. Amplificateur suiveur
2. Amplificateur inverseur
3. Amplificateur non-inverseur