Last Updated on juillet 19, 2023 by eBoik
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Présentation du Cours Physique des Matériaux
Introduction à la notion d’atome
La matière dont est formé l’Univers qui nous entoure revêt de formes très diverses :
- condensée : solide, liquides
- diluée : vapeur, gaz, plasmas
Dans cette liste, on accordera une place privilégiée aux solides, car ce sont eux que nous avons le plus souvent à considérer.
On considère que les atomes et les ions sont les briques de bases. L’atome est constitué d’un noyau (positif) autour duquel gravitent des électrons (négatifs)
Approche du model énergétique
L’énergie d’un électron est liée à la distance par rapport au centre du noyau :
On considère que l’énergie est nulle à l’infinie. On obtient une courbe continue, mais la mécanique quantique à quantifier cette énergie.
Approche de la mécanique quantique
La matière est composée d’atomes ou molécules qui obéissent à des lois physiques souvent différentes de celles auxquelles nous sommes accoutumés dans le monde macroscopique (c’est-à-dire à notre échelle). Cela ne veut pas dire que les lois fondamentales de la physique ne sont pas les même pour les atomes. Cela veut dire que certains effets de ces lois physiques peuvent apparaître prépondérants à une échelle alors qu’ils ont peut d’importance dans une autre. On s’est ainsi aperçu que la mécanique classique (qui avait été développé pour décrire le mouvement des objets macroscopique), était incapable de décrire de manière satisfaisante, certains phénomènes comme le rayonnement du corps noir, l’effet photoélectrique, ou l’effet Compton. Il a fallu pour cela introduire une nouvelle théorie : la mécanique quantique, pour expliquer et comprendre, le comportement d’objets microscopiques, comme les atomes, les molécules, les noyaux, ainsi que leurs assemblages.
Dualité onde corpuscule
La physique classique fait une distinction entre :
- les particules
- les ondes
Une particule correspond à une densité d’énergie localisée dans l’espace. Une onde correspond à une délocalisation de l’énergie. Ainsi un matériau est constitué de particules, alors qu’un faisceau lumineux est constitué de d’ondes électromagnétiques. On appellera corpuscule les objets qui se comportent comme des particules classiques, et nous réserverons le terme de particule à un objet caractérisé par une densité d’énergie qui peut être soit un corpuscule soit une onde. Dans le monde macroscopique, les corpuscules obéissent aux équations de la mécanique classique. Dans sa forme la plus simple c’est la loi de Newton. D’un autre coté, les ondes obéissent à des équations aux dérivées partielles avec des conditions aux limites qui dépendent du problème considéré ; ceci conduit en général, à des solutions où toutes les énergies ne sont pas permises.
Les nombres quantiques
Toute théorie est construite à partir de postulat. La description classique d’une particule se fait en termes de coordonnées de sa position, et de sa vitesse. Ceci n’est plus possible en mécanique quantique et il faut substituer à ces notions, celle de fonction d’onde, et d’opérateur. La fonction d’onde contient toute l’information sur la particule.
La résolution de l’équation de Schrödinger, à partir de laquelle on obtient cette fonction d’onde, permet très souvent, de faire apparaître une factorisation de la fonction d’onde en plusieurs fonctions de variables distinctes, qui forment une famille caractérisée par un ou plusieurs indices. Si ces indices prennent des valeurs discrètes, ils sont qualifiés de nombres quantiques.
Plan du Cours
- Introduction à la physique des matériaux : Compléments de cristallographie, Réseau réciproque, diffraction X, Classification des matériaux
- Propriétés physiques des matériaux : propriétés électroniques, théorie des bandes, distribution des électrons dans les métaux, isolants et semi-conducteurs, conductivité électrique, propriétés thermiques, vibration du réseau (phonons), conductivité thermique, chaleur spécifique, propriétés électriques, ferroélectricité, piézoélectricité, diélectrique, Propriétés magnétiques, diamagnétisme, paramagnétisme, ferromagnétisme. Supraconducteurs.
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Chapitre 1: Etat Cristallin
Chapitre 2: Liaison cristalline
Chapitre 3: Vibrations du réseau et phonons
Résumé de physique des matériaux – PDF 1
Résumé de physique des matériaux – PDF 2
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