Analyse III - EPFL...MATH-201 Analyse III Krieger Joachim Cursus Sem. Type Physique BA3 Obl. Langue français Crédits 5 Session Hiver Semestre Automne Examen Ecrit Charge 150h Semaines

MATH-201 Analyse IIIKrieger Joachim

Cursus Sem. Type

Physique BA3 Obl.Langue françaisCrédits 5Session HiverSemestre AutomneExamen EcritCharge 150hSemaines 14Heures 5 hebdo

Cours 3 hebdoExercices 2 hebdo

Résumé

integrales curvilignes, integrales sur surfaces, champs vectoriels, operations de champs vectoriels, theoremes deStokes, Green, Gauss, series de Fourier, fonctions propres des operateurs de Sturm-Liouville,

Compétences requises

Cours prérequis obligatoires

Analyse I, II, algebre lineaire pour physiciens.

Méthode d'évaluation

examen écrit

2018-2019 LIVRET DE COURS

Analyse III Page 1 / 1

MATH-206 Analyse IVStubbe Joachim

Cursus Sem. Type

Physique BA4 Obl.Langue françaisCrédits 5Session EtéSemestre PrintempsExamen EcritCharge 150hSemaines 14Heures 5 hebdo


Résumé

Donner une introduction aux concepts, méthodes et techniques de l'analyse complexe, de l'intégrale de Lebesgue, del'analyse dans des espaces vectoriels de dimension infinie et de la théorie des opérateurs.

Contenu

- Elements de l'analyse complexe- Intégrale de Lebesgue et transformée de Fourier- Aspects de l'analyse dans des espaces vectoriels de dimension infinie- Introduction à la théorie des opérateurs

Mots-clés

Fonction holomorphe, série entière, série de Laurent, théorème des résidus, intégrale de Lebesgue, espace L^p,transformation de Fourier, espace de Hilbert, opérateur linéaire, ensemble résolvant et spectre



Analyse 1-3, Algèbre linéaire 1-2

Cours prérequis indicatifs

Analyse 1-3, Algèbre linéaire 1-2

Concepts importants à maîtriser

- Calcul différentiel et intégrale des fonctions réelles- Convergence simple et convergence uniforme- Calcul matriciel et espace vectoriel

Acquis de formation

• L'intention est que l'étudiant comprenne et maîtrise les concepts, méthodes et techniques présentés au cours et auxexercices

• À la fin de ce cours l'étudiant doit être capable de : ¿ Démontrer sa maîtrise de la matière du cours ; ¿ Démontrer samaîtrise de la matière liée aux exercices ; ¿ Démontrer sa maîtrise des prérequis ; ¿ Démontrer son aptitude à utiliserces notions dans d'autres contextes ; ¿ Démontrer sa maîtrise des compétences ci-dessus dans le temps fixé pourl¿examen, à savoir 3h.

Méthode d'enseignement

Cours ex cathedra et exercices en salle


Analyse IV Page 1 / 2


Examen écrit

Encadrement

Office hours NonAssistants OuiForum électronique NonAutres plus des détails à définir au début du cours

Ressources

Bibliographie

Seront donnés au cours.

Sites web

• http://sma.epfl.ch/cours/csma/analyse4.htm


Analyse IV Page 2 / 2

PHYS-331 Analyse fonctionnelle (pour PH)Bossoney Simon

Cursus Sem. Type

Physique BA5 Opt.Langue françaisCrédits 3Session HiverSemestre AutomneExamen OralCharge 90hSemaines 14Heures 3 hebdo


Résumé

Ce cours ambitionne de présenter les mathématiques de la mécanique quantique, et plus généralement de la physiquequantique. Il s'adresse essentiellement aux physiciens, ou a des mathématiciens intéressés dans le domaine.

Contenu

Espaces normés, de Banach, de Hilbert.Integrale de Riemann-Stieltjes.Systèmes ortho-complets .Espace dual .Opérateurs bornées, unitaires, hermitiens.Décomposition spéctrale, projecteurs spéctraux.Opérateurs non-bornés et leur décomposition spéctrale.Hamiltoniens en physique quantique

Mots-clés

Espaces normés, systèmes complets, opérateurs (projecteurs, unitaires, etc), décomposition spectrale, projecteursspectraux, hamiltoniens en physique.



Analyse avancée I et IIAlgèbre linéaire avancée I et II


Analyse III et IVMéthodes mathématiques en physiquePhysique générale (introduction à la mécanique quantique)


Continuité de fonctionsIntégrale de Riemann (intégrale de Lebesgue un plus)DifférentiationEspaces vectorielsBases et produits scalaires

Acquis de formation


Analyse fonctionnelle (pour PH) Page 1 / 2

A la fin de ce cours l'étudiant doit être capable de:

• Développer le lien entre mathématiques et physique

• Analyser le contenu spectral d'un opérateur

• Reformuler mathématiquement la physique quantique.


Ex cathedra.


Oral de 30min env.

Ressources

Bibliographie

"Les fondements mathématiques de la mécanique quantique"J. Von Neumann"Analyse fonctionelle"F. Riesz & B. S. Nagy"A course in Functional Analysis"J.B. Conway

Références suggérées par la bibliothèque

• Leçons d'analyse fonctionnelle / Riesz; Nagy

• Les fondements mathématiques de la mécanique quantique / Von Neumann

• A course in functional analysis / Conway


Analyse fonctionnelle (pour PH) Page 2 / 2

PHYS-209 Astrophysique I : introduction à l'astrophysiqueCourbin Frédéric

Cursus Sem. Type

Mineur en Technologies spatiales E Obl.

Physique BA4 Obl.

Langue françaisCrédits 3Session EtéSemestre PrintempsExamen EcritCharge 90hSemaines 14Heures 3 hebdo


Résumé

Ce cours décrit de façon simple les processus physiques qui expliquent l'univers dans lequel nous vivons. En couvrantune large gamme de sujets, le but du cours est aussi de donner un aperçu général des objets astrophysiques qui nousentourent.

Contenu

1. Naissance de la science: rôle de l'astronomie et de l'astrophysique de l'Antiquité à nos jours.2. Connaissances de base: astronomie sphérique, télescopes, détecteurs et observations ; concepts de photométrie etmagnitudes ; concepts de spectroscopie ; mécanisme de radiation ; mécanique céleste.3. Système solaire: le soleil ; la terre et la lune ; planètes et astéroïdes ; planètes hors du système solaire ; formation desystèmes planétaires ; apparition de la vie.4. Les étoiles: énergie nucléaire et synthèse des éléments ; évolution stellaire des étoiles de petites et grandes masses; naines blanches, étoiles à neutrons, trous noirs ; amas d'étoiles et diagramme de Herzsprung-Russell.5. Le milieu interstellaire: poussières, gaz et molécules interstellaires.6. La Voie Lactée, notre galaxie: populations stellaires ; rotation galactique différentielle ; structure spirale.7. Les galaxies: classification ; distribution de la luminosité et de la masse dans les galaxies régulières ; galaxies ànoyaux actifs et quasars ; trous noirs supermassifs ; amas de galaxies ; formation et évolution des galaxies.8. Cosmologie: cosmologie newtonienne ; relativité générale et cosmologie ; l'histoire de l'univers ; formation desstructures à grandes échelles ; les contraintes observationnelles ; matière sombre, énergie sombre.



Physique générale

Acquis de formation


• Situer la place de l'astrophysique en physique

• Appliquer ses connaissances en physique à l'astrophysique

Compétences transversales

• Accéder aux sources d'informations appropriées et les évaluer.


Ex cathedra et exercices dirigés en classe.Utilisation du MOOC "Introduction à l'astrophyisque" sur la plateforme edX.


Astrophysique I : introduction à l'astrophysique Page 1 / 2


examen écrit durant la session d'été

Ressources

Bibliographie

" An Introduction to Modern Astrophysics ", B.W. Carroll & D.A. Ostlie, Addison Wesley, 1996" Galactic Astronomy ", J. Binney & M. Merrifield, Princeton, 1998"Extragalactic Astronomy and Cosmology", P. Schneider, Springer-Verlag, 2006"The New Cosmos", A. Unsöld, B. Baschek, Springer-Verlag, 2001"Fundamental Astronomy" H. Karttunen, P. Kröger, H. Oja, M. Poutanen, K.J. Donner, Springer-Verlag,2001

Ressources en bibliothèque

• Extragalactic Astronomy and Cosmology / Schneider

• An Introduction to Modern Astrophysics / Carroll

• The New Cosmos / Unsöld

• Fundamental Astronomy / Karttunen

• Galactic Astronomy / Binney

Polycopiés

Introduction à l'astrophysique (Courbin & Meylan)MOOC "Introduction à l'astrophysique" sur edX.org, F. Courbin

Liens Moodle

• https://www.edx.org/course/introduction-lastrophysique-introduction-epflx-phys-209x-0


Astrophysique I : introduction à l'astrophysique Page 2 / 2

PHYS-323 Astrophysique II : bases physiques de l'astrophysiqueJablonka Pascale

Cursus Sem. Type

Mineur en Technologies spatiales H Opt.

Physique BA5 Opt.

Langue françaisCrédits 3Session HiverSemestre AutomneExamen OralCharge 90hSemaines 14Heures 3 hebdo


Résumé

Ce cours est une introduction à la physique stellaire. On y expose les notions indispensables à la compréhension dufonctionnement d'une étoile et à la construction de modèles de structure interne et d'évolution stellaires. On donne aussides clés d'interprétation des spectres stellaires.

Contenu

1. Géneralités sur le rayonnement : intensité spécifique, flux, densité d'énergie, pression de radiation. Rayonnementnoir et températures en astrophysique, coefficients d'extinction et d'émission.2. Atmosphères stellaires : équation de transfert radiatif, flux sortant, transfert convectif.3. Interaction rayonnement-matière dans les intérieurs stellaires: lois de Boltzmann et de Saha, absorption par unoscillateur harmonique ; absorption, émission spontanée, émission induite. Raies spectrales ; courbe de croissance.Opacités continues ; opacité globale du milieu stellaire.4. Thermodynamique et structure interne des étoiles : poids moléculaire moyen ; gaz parfait ; gaz dégénéré ; effetsélectrostatiques; diagramme logT/log[rho];chaleurs spécifiques et ionisation partielle.5. Réactions nucléaires : taux, section efficace.

Mots-clés

• physique stellaire

• transfert radiatif

• atmosphères stellaires

• équations d'état du milieu stellaire

• raies spectrales

• opacité du milieu stellaire

• spectroscopie stellaire

• réactions nucléaires dans les étoiles

• thermodynamique du milieu stellaire

• structure des étoiles.



Astrophysique I. Introduction à l'astrophysique


2e année de physique ou de mathématique



Astrophysique II : bases physiques de l'astrophysique Page 1 / 3

• Elements de thermodynamiques: équation d'état du gaz parfait; chaleurs spécifiques

• Elements de physique quantique: corps noir; atome de Bohr; photo-excitation, photo-ionisation; principed'incertitude; principe d'exclusion de Pauli

• Elements de physique statistique: statistique de Boltzman, statistique de Fermi; distribution maxwelliennedes vitesses; notion d'espace de phase

Acquis de formation


• Expliquer pourquoi une étoile brille

• Interpréter un spectre stellaire

• Justifier l'équilibre d'une naine blanche

• Exposer les différentes équations d'état possibles du milieu stellaire

• Esquisser les effets thermodynamique de l'ionisation partielle

• Formuler les propriétés d'un gaz d'électrons dégénérés

• Décrire les sources d'opacité du milieu stellaire

• Démontrer l'existence du "pic de Gamow" dans les réactions nucléaires à basse énergie

• Démontrer l'importance des résonances dans la nucléosynthèse stellaire


Ex cathedra et exercices dirigés en classe

Travail attendu

Participation au cours et aux exercices


examen oral (100%); interrogation sur le cours et sur un exercice simple.

Encadrement

Office hours NonAssistants OuiForum électronique NonAutres Exercices donnés par un assistant.

Enseignant disponible pour d'éventuelles questions par e-mail

Ressources

Bibliographie

PolycopiéR. Monier, Les étoiles et le milieu interstellaire; Introduction à l'astrophysique, Ellipses, 2006B.W. Carroll & D.A. Ostlie, Introduction to Modern Astrophysics, Addison-Wesley, 1996R. Bowers & T. Deeming, Astrophysics I: Stars, Jones & Bartlett, 1984F. Shu, The Physics of Astrophysics, Volume I: Radiation, University Science Books, 1991D.D. Clayton, Principles of stellar evolution and nucleosynthesis, McGraw Hill, 1968G.B. Rybicki & A.P. Lightman, Radiative processes in astrophysics, WILEY-VCH, 2004


• The Physics of Astrophysics / Shu

• The Physics of stellar evolution / Clayton



• Les étoiles et le milieu interstellaire / Monier

• Astrophysics / Bowers

• Introduction to Modern Astrophysics / Carroll

• Lightman / Rybicki

Polycopiés

Astrophysique II: Bases physiques de l'astrophysique, G. Meynet, A. Maeder, P. North, P. Jablonka, 2017

Sites web

• http://lastro.epfl.ch/page-21763-fr.html



PHYS-301 Biophysics IManley Suliana

Cursus Sem. Type

Bioingénierie MA2, MA4 Opt.

Mineur en Technologies biomédicales E Opt.

Physique BA6 Opt.

Sciences et technologies du vivant MA2 Opt.

Language EnglishCredits 3Session SummerSemester SpringExam WrittenWorkload 90hWeeks 14Hours 3 weekly

Lecture 2 weeklyExercises 1 weekly

Summary

In this course we will study the cell (minimum unit of life) and its components. We will study several key cellular features:Membranes, genomes, channels and receptors. We will apply the laws of physics to develop models to makequantitative and predictive statements.

Content

Introduction to cell biophysics

Topics (lectures):1. Biological membranes: Hydrophobic effect, 2D elasticity (2-4)2. Molecular events: Ligand binding, ion channel function (5-7)3. Transport in cellular systems: Diffusive, directed, crowded (8-11)4. Genomes: 1D elasticity, regulation, transcription, synthetic biology (12-14)Content:1. Introduction of biological systems and concepts2. Description of observations and measurements3. Estimates of relevant numbers / development of quantitative models4. Exposure to current research articles

Learning Prerequisites

Recommended courses

Mathematics and physics courses of the 1st and 2nd years

Learning Outcomes

By the end of the course, the student must be able to:

• Elaborate a model of a biophysical phenomena

• Develop hypotheses to simplify a model of a biophysical phenomena

• Solve the mathematics necessary to construct a model of a biophysical phenomena

• Critique the results of a model of a biophysical phenomena

• Apply models to solve problems and applications

Teaching methods

Ex cathedra and exercises in classrooms

Assessment methods

2018-2019 COURSE BOOKLET

Biophysics I Page 1 / 2

Written exam at the end of the semester

Supervision

Others No

Resources

Bibliography

Lectures notes and list of recommended booksMoodle: slides, exercises and their solutions

Notes/Handbook

- Physical Biology of the Cell, Rob Phillips et al, 2013 Garland Science


Biophysics I Page 2 / 2

PHYS-324 Classical electrodynamicsAugusto Penedones Fernandes João Miguel

Cursus Sem. Type

Physique BA5 Obl.Language EnglishCredits 4Session WinterSemester FallExam WrittenWorkload 120hWeeks 14Hours 4 weekly


Summary

The goal of this course is the study of the physical and conceptual consequences of Maxwell equations.

Content

I Maxwell equations: the laws of electrodynamics, differential and integral form of Maxwell equations, scalar and vectorpotential, gauge transformations, solutions of Maxwell equations using Green functions, Newmann and Dirichletboundary conditions, vacuum solutions and solutions in the presence of charges and currents, retardedpotentials, Liénard-Wiechert potentials, radiation emission by moving charges.II Multipole expansion: electrostatics, magnetostatics, electrodynamics, dipole radiation.III Electric and magnetic field in matter: derivation of macroscopic electrodynamic equations, continuity boundaryconditions, waves in a medium, reflection and refraction of waves.IV Special Relativity: Maxwell equations and the birth of relativity, Galilean and Lorentz transformations, four-vectorsand tensor calculus, covariant form of Maxwell equations, relativistic particle dynamics.

Keywords

Maxwell equations, electromagnetic field, multipole expansion, special relativity, Lorentz transformations.


Recommended courses

General physics and mathematics courses of the physics bachelor cycle.

Important concepts to start the course

Differential and integral calculus. Newtonian mechanics. Electro and magnetostatics.

Learning Outcomes


• Describe Maxwell equations and its physical consequences

• Formalize physical problems into mathematical equations.

• Solve problems analytically and/or numerically

• Formulate the basic consequences of special relativity

• Synthesize specific electrodynamic phenomena into precise mathematical language

• Describe physical phenomena in the language of fields and particles

• Derive specific consequences of Maxwell equations

• Explain the meaning of each term in Maxwell equations


Classical electrodynamics Page 1 / 2

Transversal skills

• Use a work methodology appropriate to the task.

• Continue to work through difficulties or initial failure to find optimal solutions.

• Demonstrate the capacity for critical thinking

Teaching methods

Lectures and problem solving sessions.

Expected student activities

Attendance at lectures, study of the lectures at home and problem solving during exercise sessions and at home.

Assessment methods

Final written exam (80%).Written exam during the semester (20%).

Supervision

Office hours YesAssistants Yes

Resources

Bibliography

"Modern electrodynamics", Andrew Zangwill, Cambridge University Press 2013. ISBN-13: 978-0521896979"Classical electrodynamics / John David Jackson". Year:1999. ISBN:978-0-471-30932-1"Le cours de physique de Feynman / [Richard] Feynman, [Robert] Leighton, [Matthew] Sands". Year:1995.ISBN:2-10-004504-0"Théorie des champs / L. Landau, E. Lifchitz; [traduit du russe par Sergueï Medvédev]". Year:1999.ISBN:5-03-000641-9


• Classical electrodynamics / John David Jackson

• Le cours de physique de Feynman / [Richard] Feynman, [Robert] Leighton, [Matthew] Sand

• Théorie des champs / L. Landau, E. Lifchitz

Notes/Handbook

-


Classical electrodynamics Page 2 / 2

PHYS-332 Computational physics IIIYazyev Oleg

Cursus Sem. Type

Physique BA6 Opt.

Science et ing. computationelles MA2, MA4 Opt.

Language EnglishCredits 3Withdrawal UnauthorizedSession SummerSemester SpringExam During the

semesterWorkload 90hWeeks 14Hours 3 weekly

Lecture 1 weeklyPracticalwork

2 weekly

Summary

This course teaches the students practical skills needed for solving modern physics problems by means of computation.A number of examples illustrate the utility of numerical computations in various domains of physics.

Content

Fourier series and transforms Introduction to the Fourier series and transforms and their application. Mathematicalproperties: convergence, convolution, correlation, Gibbs phenomenon and the Wiener-Khinchin theorem. Fouriertransform on discrete sampled data: aliasing and sampling theorem. Discrete Fourier transform (DFT) and fast Fouriertransform (FFT). Applications: spectral analysis, filters. Fourier transforms in higher dimensionality.

Linear systems Introduction and examples. Gauss-Jordan elimination, LU factorization. Iterative refinement: tridiagonaland band diagonal systems. Iterative methods and preconditioning: Jacobi, Richards and gradient methods. Conjugategradient method. Iterative vs direct methods.

Matrix manipulation and eigenvalues problems Introduction and examples. Properties and decomposition.Poweriteration. QR decomposition and iterative procedure. Singular value decomposition (SVD).


Recommended courses

1st and 2nd years numerical physics courses

Learning Outcomes


• Choose the most suitable algorithm for solving given problem

• Integrate algorithms in computer codes and evaluate their performance

• Solve actual physics problems using numerical tools

Teaching methods

Ex cathedra presentations, exercises and work under supervision

Assessment methods

3 reports during the semester

Resources


Computational physics III Page 1 / 2

Bibliography

J. F. James, A Student's guide to Fourier transforms, CUP 2011L. N. Trefethen and D. Bau III, Numerical linear algebra, SIAM 1997


• Numerical linear algebra / Trefethen

• A Student's guide to Fourier transforms / James


Computational physics III Page 2 / 2

EE-282 Initiation à l'électroniqueDécurnex André, Sallese Jean-Michel

Cursus Sem. Type



Résumé

Présentation des modèles simples des principaux composants de base de l'électronique. Etude analytique desmontages de base à amplificateur opérationnel. Introduction aux circuits logiques élémentaires. Description du principede la conversion Analogique <-> Numérique.

Contenu

1. Bases de la théorie des circuits2. Circuits linéaires en régime sinus3. Diode et applications4. Amplificateur opérationnel et applications5. Générateurs de signaux: oscillateurs et bascules6. Circuits numériques7. Transistor bipolaire8. Transistor MOS et logique CMOS9. Conversion analogique-numérique et numérique-analogique

Mots-clés

Electronique, diode, redresseur, amplificateur, opérationnel, oscillateur, logique, bascule, transistor.



Algébre et calcul complexe

Acquis de formation


• Interpréter un schéma électronique global

• Distinguer les circuits élémentaires

• Analyser le comportement de chaque circuit

• Dimensionner des circuits simples


Cours ex cathedra et exercices dirigés en salle

Travail attendu

Participation au cours


Initiation à l'électronique Page 1 / 2

Résolution des exercices


Examen écrit

Encadrement

Office hours OuiAssistants OuiForum électronique NonAutres moodle

Ressources

Bibliographie

Notes de cours polycopiées

Polycopiés

Initiation à l'électroniquedestiné aux physiciens 2e année

Liens Moodle

• http://moodle.epfl.ch/course/view.php?id=4131


Initiation à l'électronique Page 2 / 2

PHYS-300(a) Introduction aux techniques de constructionBurnens Julien, Gentile Antonio, Turin Nicolas

Cursus Sem. Type

Physique BA5 Opt.Langue françaisCrédits 0SessionSemestre AutomneExamenCharge 0hSemaines 14Heures 3 hebdo

TP 3 hebdo

Résumé

Acquérir des notions de dessin technique, de pratiques de mécanique et électronique pour le laboratoire de physique

Contenu

Dessin technique assisté par ordinateur DAO.Travaux à l'étau, tournage, fraisage, perçage.Réalisation d'une pièce mécanique.Réalisation et test d'un circuit imprimé.

Acquis de formation


• Evaluer la complexité et la réalisation d'une pièce

• Concevoir un dessin technique en 3D et 2D

• Construire un dispositif expérimental

• Choisir ou sélectionner les outils et la matière appropriée

• Elaborer des circuits électriques simples


5x2h introduction au DAO2 séances de 3h d'atelier mécanique et 2 séances de 3h d'atelier électronique


pas d'examen

Ressources

Bibliographie

Notes polycopiées

Préparation pour

Travaux de laboratoire


Introduction aux techniques de construction Page 1 / 1

PHYS-319 Laboratoire de physique IIIaMagrez Arnaud, Oberli Daniel, Tkalcec Vâju Iva

Cursus Sem. Type

Physique BA5 Obl.Langue françaisCrédits 8Retrait Non autoriséSession HiverSemestre AutomneExamen Pendant le

semestreCharge 240hSemaines 14Heures 8 hebdo

TP 8 hebdo

Résumé

Acquérir la connaissance des phénomènes physiques et de leurs applications intervenant dans la formation duphysicien. Acquérir des connaissances concernant les méthodes d'observation et de mesure, et les techniquesexpérimentales. Interpréter les résultats en termes d'un model ou une théorie.

Contenu

Les sujets couvrent la plupart des domaines de la physique classique et quantique à l'exclusion de la physique desparticules élémentaires. Néanmoins, deux manipulations sont consacrées à quelques aspects de réacteurs nucléaires etla détection des radiations.Par ailleurs, un bon nombre des expériences proposées illustrent les différents domaines de recherche des Instituts dephysique de la Faculté des Sciences de Base.

Mots-clés

travaux pratiques, expé#riences, mesures



Laboratoire de Physique I, Laboratoire de physique II, cours de mathématiques et de physique générale

Acquis de formation


• Chercher l'information technique et scientifique dans la littérature

• Choisir ou sélectionner l'équipement scientifique exact

• Concevoir de nouveaux dispositifs expérimentaux

• Réaliser des expériences exactes

• Evaluer les données expérimentales

• Développer des règles ou modèles empiriques

• Comparer les données avec celles prédites par les modèles théoriques ou reportées dans la littérature

• Rapporter convenablement une information scientifique


• Utiliser une méthodologie de travail appropriée, organiser un/son travail.

• Etre responsable de sa propre santé et sécurité au travail ainsi que de celles des autres.


Laboratoire de physique IIIa Page 1 / 2

• Recevoir du feedback (une critique) et y répondre de manière appropriée.


Travail en laboratoire

Travail attendu

Présence obligatoire, recherche bibliographique, préparation théorique sur le sujet, travail expérimental, rédaction derapports et une présentation orale.


Rapports écrits et exposé oral

Encadrement

Office hours OuiAssistants Oui

Ressources

Sites web

• http://sb.epfl.ch/sphtp3


Laboratoire de physique IIIa Page 2 / 2

PHYS-320 Laboratoire de physique IIIbMagrez Arnaud, Oberli Daniel, Tkalcec Vâju Iva

Cursus Sem. Type

Physique BA6 Obl.Langue françaisCrédits 8Retrait Non autoriséSession EtéSemestre PrintempsExamen Pendant le


TP 8 hebdo

Résumé

Acquérir la connaissance des phénomènes physiques et de leurs applications intervenant dans la formation duphysicien. Acquérir des connaissances concernant les méthodes d'observation et de mesure, et les techniquesexpérimentales. Interpréter les résultats en termes d'un model ou une théorie.

Contenu

Les sujets couvrent la plupart des domaines de la physique classique et quantique à l'exclusion de la physique desparticules élémentaires. Néanmoins, deux manipulations sont consacrées à quelques aspects de réacteurs nucléaires etla détection des radiations.Par ailleurs, un bon nombre des expériences proposées illustrent les différents domaines de recherche des Instituts dephysique de la Faculté des Sciences de Base.

Mots-clés




Laboratoire de Physique I, Laboratoire de physique II, cours de mathématiques et de physique générale

Acquis de formation


• Chercher l'information technique et scientifique dnas la littérature

• Choisir ou sélectionner l'équipement scientifique exact

• Concevoir de nouveaux dispositifs expérimentaux

• Réaliser des expériences exactes

• Evaluer les données expérimentales

• Développer des règles ou modèles empiriques

• Comparer les données avec celles prédites par les modèles théoriques ou reportées dans la littérature

• Rapporter convenablement une information scientifique





Laboratoire de physique IIIb Page 1 / 2



Travail en laboratoire

Travail attendu

Présence obligatoire, recherche bibliographique, préparation théorique sur le sujet, travail expérimental, rédaction derapports et un poster.


Rapports écrits et présentation poster

Encadrement


Ressources

Sites web

• http://sb.epfl.ch/sphtp3


Laboratoire de physique IIIb Page 2 / 2

PHYS-204 Laboratoire de physique IIaTkalcec Vâju Iva

Cursus Sem. Type

Physique BA3 Obl.Langue françaisCrédits 4Retrait Non autoriséSession EtéSemestre AutomneExamen Pendant le


TP 4 hebdo

Résumé

Ce cours pratique permet d'acquérir la connaissance des phénomènes physiques de base ainsi que de leursapplications, d'acquérir des connaissances concernant les méthodes d'observation et de mesure ainsi que lamanipulation d'appareils et d'instruments.

Contenu

Les expériences couvrant différents domaines de la physique:1. MECANIQUE DES CORPS INDEFORMABLES2. MECANIQUE DES FLUIDES3. THERMODINAMIQUE4. PHYSIQUE DES MATERIAUX5. OPTIQUE6. ELECTRODYNAMIQUE7. PHYSIQUE ATOMIQUE ET NUCLEAIRE8. VIDE ET APPLICATIONS

Les expériences sont groupées dans les projets guidés par les applications (PHYSIQUE DU BATIMENT, ENERGIESRENOUVELABLES, MICROELECTRONIQUE etc.)

Mots-clés

travaux pratiques, expériences, mesures, rapports



Laboratoire de physique (métrologie)


Laboratoire de physique (métrologie) I

Acquis de formation


• Visualiser les phénomènes physiques de base

• Manipuler différents appareils de mesure

• Démontrer le sens de l'initiative et de la créativité

• Implémenter les techniques de mesures

• Analyser les données acquises


Laboratoire de physique IIa Page 1 / 2

• Interpréter les résultats expérimentaux

• Composer un rapport scientifique


• Recueillir des données.




• Ecrire un rapport scientifique ou technique.

• Faire une présentation orale.


En laboratoire.

Travail attendu

Présence obligatoire, préparation préalable (notice), travail expérimental, rédaction de rapports et une présentation oralepar semestre.


Controle continu

Encadrement


Ressources

Sites web

• http://sb.epfl.ch/page-69811-fr.html

• http://sb.epfl.ch/cms/lang/fr/pid/70106

Préparation pour

Laboratoire de physique III


Laboratoire de physique IIa Page 2 / 2

PHYS-211 Laboratoire de physique IIbTkalcec Vâju Iva

Cursus Sem. Type

Physique BA4 Obl.Langue françaisCrédits 4Retrait Non autoriséSession EtéSemestre PrintempsExamen Pendant le


TP 4 hebdo

Résumé

Ce cours pratique permet d'acquérir la connaissance des phénomènes physiques de base ainsi que de leursapplications, d'acquérir des connaissances concernant les méthodes d'observation et de mesure ainsi que lamanipulation d'appareils et d'instruments.

Contenu

Les expériences couvrant différents domaines de la physique1. MECANIQUE DES CORPS INDEFORMABLES2. MECANIQUE DES FLUIDES3. THERMODINAMIQUE4. PHYSIQUE DES MATERIAUX5. OPTIQUE6. ELECTRODYNAMIQUE7. PHYSIQUE ATOMIQUE ET NUCLEAIRE8. VIDE ET APPLICATIONS

Les expériences sont groupées dans les projets guidés par les applications (PHYSIQUE DU BATIMENT, ENERGIESRENOUVELABLES, MICROELECTRONIQUE etc.)

Mots-clés




Laboratoire de physique I (métrologie)Laboratoire de physique IIa

Acquis de formation


• Visualiser les phénomènes physiques de base

• Manipuler différents appareils de mesure

• Démontrer le sens de l'initiative et de la créativité

• Implémenter les techniques de mesures

• Analyser les données acquises

• Interpréter les résultats expérimentaux

• Composer un rapport scientifique


Laboratoire de physique IIb Page 1 / 2





• Recueillir des données.

• Ecrire un rapport scientifique ou technique.

• Faire une présentation orale.


En laboratoire

Travail attendu

Présence obligatoire, préparation préalable (notice), travail expérimental, rédaction de rapports et une présentation oralepar semestre.


Controle continu

Encadrement


Ressources

Sites web

• http://sb.epfl.ch/page-69811-fr.html

• http://sb.epfl.ch/cms/lang/fr/pid/70106

Préparation pour

Laboratoire de physique III


Laboratoire de physique IIb Page 2 / 2

PHYS-216 Mathematical methods for physicistsBrunner Stephan, Graves Jonathan

Cursus Sem. Type

Physique BA4 Obl.Language EnglishCredits 4Session SummerSemester SpringExam WrittenWorkload 120hWeeks 14Hours 4 weekly


Summary

This course complements the Analysis and Linear Algebra courses in providing further mathematical backgroundrequired for 3rd year physics courses, in particular electrodynamics and quantum mechanics.

Content

Introduction to Hilbert spaces. Solving linear 2nd order Ordinary Differential Equations (ODEs): Frobenius method,boundary value problems, Sturm-Liouville problems. Fourier analysis: Fourier Series and Fourier Transforms. Specialfunctions. Methods for solving Partial Differential Equations (PDEs).


Required courses

Analyse I, II and III. Linear algebra I and II Physics I, II, and III.

Recommended courses

Computational Physics I.

Important concepts to start the course

Analysis: basic theory of ODEs, vector calculus. Linear algebra: Vector spaces, inner product spaces, linearoperators, eigenvalue problems, matrix diagonalisation. Complex algebra.

Learning Outcomes


• Apply the methods presented in the course for solving physical equations.

Teaching methods

Ex cathedra lecture and exercises in the classroom

Assessment methods

Written exam

Resources

Bibliography

The main reference for the course is the book by Arfken:G. B. Arfken, H. J. Weber, and F. E. Harris


Mathematical methods for physicists Page 1 / 2

"Mathematical Methods for Physicists, A Comprehensive Guide"7th edition, Academic Press 2013.Hard copies and electronic version available through EPFL library.


• Mathematical Methods for Physicists, A Comprehensive Guide

Moodle Link



Mathematical methods for physicists Page 2 / 2

PHYS-202 Mécanique analytique (pour SPH)De Los Rios Paolo

Cursus Sem. Type



Résumé

Présentation des méthodes de la mécanique analytique (équations de Lagrange et de Hamilton) et introduction auxnotions de modes normaux et de stabilité.

Contenu

1. Rappels de mécanique newtonienne2. Les équations de Lagrange- Principe de d'Alembert.- Principe de moindre action.- Coordonnées normales.3. Les équations de Hamilton- Crochets de Poisson.- Transformations canoniques.- Méthode de Hamilton-Jacobi.4. Introduction aux systèmes dynamiques- Notion de stabilité.- Modes Normaux.



Physique générale, Analyse, Algèbre linéaire

Acquis de formation


• Résoudre un problème en mécanique


• Auto-évaluer son niveau de compétence acquise et planifier ses prochains objectifs d'apprentissage.


Ex cathedra et exercices en salle.


examen écrit

Ressources

Bibliographie

Polycopié. "Classical Mechanics", H. Goldstein



Mécanique analytique (pour SPH) Page 1 / 2

• Classical Mechanics / Goldstein

Préparation pour

Mécanique statistique, Physique quantique


Mécanique analytique (pour SPH) Page 2 / 2

PHYS-317 Optics IKapon Elyahou

Cursus Sem. Type

Photonics minor H Opt.

Physique BA5 Opt.

Language EnglishCredits 3Session WinterSemester FallExam OralWorkload 90hWeeks 14Hours 3 weekly


Summary

This three-semester course series presents the basic concepts of classical and modern optics. It provides the studentswith tools for understanding and analyzing optical phenomena and designing various optical systems.

Content

1. Electromagnetic Theory of Light1.1 Maxwell's equations in matter1.2 Wave equations and solutions1.3 Field energy and momentum1.4 Photons2. Propagation of Light2.1 Principles of Huygens and Fermat2.2 Fresnel equations2.3 Superposition of waves2.4 Gaussian beams3. Polarization3.1 Description of polarized light3.2 Dichroism and birefringence3.3 Polarizers and waveplates3.4 Propagation in anisotropic media4. Interference and Diffraction4.1 Multiple-beam interference4.2 Diffraction theory4.3 Fresnel and Fraunhofer diffractions4.4 Interferometers


Required courses

Physics I, II, III and IV

Learning Outcomes


• Assess / Evaluate results of optical experiments

• Analyze optical systems

Assessment methods

Oral exam at end of the semester.


Optics I Page 1 / 2


Optics I Page 2 / 2

PHYS-318 Optics IIKapon Elyahou

Cursus Sem. Type

Photonics minor E Opt.

Physique BA6 Opt.

Language EnglishCredits 3Session SummerSemester SpringExam OralWorkload 90hWeeks 14Hours 3 weekly


Summary

Introduction to the basic concepts of classical and modern optics. The course provides the students with tools forunderstanding and analysing optical phenomena and designing various optical systems.

Content

1. Coherence Theory1.1 Spatial and temporal coherence1.2 Partial and mutual coherence1.3 Correlation interferometry

2. Photons2.1 Electromagnetic field quantization2.2 Photon statistics2.3 Photon detection

3. Generation of Light3.1 Optical transitions3.2 Spontaneous and stimulated emission3.3 Einstein's relations

4. Lasers4.1 Amplification of light4.2 Optical resonators4.3 Laser characteristics


Recommended courses

Optics I

Learning Outcomes


• Elaborate on a chapter of the course

• an exercise on a chapter of the course

Teaching methods

Ex cathedra with exercises in class


Optics II Page 1 / 1

PHYS-200 Physique IIIBrune Harald

Cursus Sem. Type



Résumé

Propriétés élastiques des solides et des fluides, Physique des fluides, Electromagnétisme (1ère partie).

Contenu

Propriétés élastiques des solides et des fluidesEtats de la matière, modèle continu; comportement élastique; comportement visqueux; analyse des contraintes, effortsinternes, flexion et torsion, instabilité élastique, tenseur des contraintes, équilibre d'un corps; tenseur des déformations;énergie de déformation élastique; solides hookéen, loi de Hooke généralisée.

Physique des fluidesCinématique des fluides, dynamique des fluides parfaits, dynamique des fluides visqueux incompressibles, équation deNavier-Stokes, stabilité d'un écoulement, nombre de Reynolds, physique des surfaces, tension superficielle et capillarité.

Electromagnétisme (1ère partie)Electrostatique, champ et potentiel électriques; courants électriques stationnaires; magnétostatique; champs électriqueet magnétique dans la matière, polarisation et aimantation.



Physique I et II

Acquis de formation


• Concevoir un modèle d'un phénomène physique

• Formuler des hypothèses simplificatrices d'un modèle d'un phénomène physique

• Résoudre les problèmes et applications de la matière traitée

• Critiquer les résultats d'un modèle d'un phénomène physique

• Appliquer les modèles physiques développés à la résolution de problèmes et d'applications


Ex cathedra et exercices en classe


Examen final écrit

Encadrement


Physique III Page 1 / 2

Office hours NonAssistants OuiForum électronique NonAutres Non

Ressources

Bibliographie

pour une première approche:Polycopiés J. J. Meister 2016: Propriétés élastiques des solides et des fluides, Physique desfluides, ElectromagnétismeAlvin Hudson & Rex Nelson: University PhysicsRichard Phillips Feyman: The Feynman Lectures on Physicspour approfondir:John Botsis & Michel Deville: Mécanique des Milieux Continus: Une IntroductionFrançois A. Reuse: ElectrodynamiqueKip S. Thorne & Roger D. Blandford: Modern Classical Physics

Références suggérées par la bibliothèque

• Polycopiés J. J. Meister 2016: Propriétés élastiques des solides et des fluides, Physique des fluides,Electromagnétisme

• Alvin Hudson & Rex Nelson: University Physics

• Richard Phillips Feyman: The Feynman Lectures on Physics

• John Botsis & Michel Deville: Mécanique des Milieux Continus: Une Introduction

• François A. Reuse: Electrodynamique

• Kip S. Thorne & Roger D. Blandford: Modern Classical Physics

Préparation pour

Physique IV


Physique III Page 2 / 2

PHYS-206 Physique IVBrune Harald

Cursus Sem. Type



Résumé

Electromagnétisme (2ème partie), Ondes, Introduction à la mécanique quantique.

Contenu

Electromagnétisme (2ème partie)Champ électromagnétique dépendant du temps, loi de Faraday; équations de Maxwell; énergie électromagnétique,vecteur de Poynting.

OndesOndes dans un milieu matériel et ondes électromagnétiques: propagation, transport d'énergie, atténuation, effet Doppler;superposition d'ondes : ondes stationnaires, battements, interférences; interactions ondes-milieu de propagation:réfraction, réflexion, diffraction, diffusion.

Introduction à la mécanique quantiqueManifestations macroscopiques de la mécanique quantique: rayonnement du corps noir, chaleur spécifique d'un gaz demolécules, effet photoélectrique, effet Compton, expérience de Franck-Hertz, spectroscopie. Dualité onde-corpuscule,onde de De Broglie: photon, principe d'incertitude de Heisenberg, fonction d'onde et densité de probabilité de présence.Equation de Schrödinger, résolution de problèmes à une dimension: particule dans une boîte, barrières et puits depotentiel, effet tunnel. Atome d'hydrogène.



Physique I, II et III

Acquis de formation


• Concevoir un modèle d'un phénomène physique

• Formuler des hypothèses simplificatrices d'un modèle d'un phénomène physique

• Résoudre des problèmes et applications de la matière traitée

• Critiquer les résultats d'un modèle d'un phénomène physique

• Appliquer les médèles physiques développés à la résolution de problèmes et d'applications





Physique IV Page 1 / 2

Examen final écrit.

Encadrement

Office hours NonAssistants OuiForum électronique NonAutres Non

Ressources

Bibliographie

pour une première approche:Polycopiés J. J. Meister 2016: Electromagnétisme, Ondes, Introduction à la mécanique quantiqueAlvin Hudson & Rex Nelson: University PhysicsRichard Phillips Feyman: The Feynman Lectures on Physicspour approfondir:François A. Reuse: ElectrodynamiqueEugene Hecht: OpticsClaude Cohen-Tannoudji, Bernard Diu, Franck Laloë: Mécanique QuantiqueKip S. Thorne & Roger D. Blandford: Modern Classical Physics


• Polycopiés J. J. Meister 2016: Propriétés élastiques des solides et des fluides, Physique des fluides,Electromagnétisme

• Alvin Hudson & Rex Nelson: University Physics

• Richard Phillips Feyman: The Feynman Lectures on Physics

• François A. Reuse: Electrodynamique

• Eugene Hecht: Optics

• Claude Cohen-Tannoudji, Bernard Diu, Franck Laloë: Mécanique Quantique

• Kip S. Thorne & Roger D. Blandford: Modern Classical Physics


Physique IV Page 2 / 2

PHYS-325 Physique des plasmas IAlberti Stefano

Cursus Sem. Type

Physique BA6 Opt.Langue françaisCrédits 3Session EtéSemestre PrintempsExamen OralCharge 90hSemaines 14Heures 3 hebdo


Résumé

Introduction à la physique des plasmas destinée à donner une vue globale des propriétés essentielles spécifiques d'unplasma et à présenter les approches couramment utilisées pour modéliser son comportement. Présentation de la relationentre la physique des plasmas et la fusion thermonuclèaire.

Contenu

I. L'état plasma de la matière- Définition du plasma- Ecrantage de Debye- La fusion thermonucléaire- Confinement et chauffage des plasmas de fusion- Réalisations pratiques (Tokamak, ...)

II. Description microscopique du plasma- Mouvement des particules dans des champs magnétiques et électriques- Lien entre le confinement fluide et particulaire- Collisions et coefficients de transport

III. Description fluide du plasma- Modèle à deux fluides- Les ondes dans un plasma non-magnétisé : l'onde transverse, l'onde de Langmuir et l'onde ionique acoustique- Modèle à un fluide: magnétohydrodynamique (MHD)- Les ondes dans le modèle de la MHD- Notions d'équilibre et stabilité dans le modèle de la MHD



Cours d'Electrodynamique

Acquis de formation


• Evaluer les ordres de grandeurs spécifiques au plasma

• Justifier le choix de modèles pour la charactérisation de phénomèmes spécifiques dans un plasma





Physique des plasmas I Page 1 / 2

Examen Oral

Ressources

Bibliographie

Notes polycopiées, références à la littérature

Préparation pour

Physique des plasmas II et III


Physique des plasmas I Page 2 / 2

PHYS-311 Physique nucléaire et corpusculaire ISchneider Olivier

Cursus Sem. Type



Résumé

Introduction générale sur l'état des connaissances en physique des particules élémentaires: de la cinématique relativisteà l'interprétation phénoménologique des collisions à haute énergie.

Contenu

Introduction:Matière et lumière, radioactivité, atome de Rutherford. Cinématique et dynamique relativistes.Interaction des rayonnements avec la matière:Particules chargées, photons, neutrons.Détection des particules:Scintillateurs, compteurs et chambres multifilaires à ionisation de gaz, détecteurs à semi-conducteurs, détecteursCherenkov, calorimètres électromagnétiques et hadroniques.Accélérateurs de particules:Accélérateur linéaire, cyclotron, synchro-cyclotron, synchrotron, collisionneur.Physique corpusculaire:Pion et muon, découvertes et propriétés.Positon, particules et antiparticules.Neutrino, hypothèse de Pauli et découverte.Pion neutre.Kaon et lambda: particules étranges.Mésons, leptons et baryons.Règle d'or de Fermi. Etats métastables et résonances.Classification des particules et lois de conservation: spin, isospin, nombre baryonique, hypercharge.Structure en quarks des hadrons, gluons, champ de couleur. Diagrammes de Feynman. Chromodynamique quantique.Saveurs lourdes: charme, beauté et top.Lepton tau. Interaction faible et bosons vecteurs W et Z.

Mots-clés

Physique des particules élémentairesPhysique des hautes énergies



Physique générale


Physique quantique I (si ce cours n'a pas encore été suivi, il est fortement recommandé de le suivrependant le même semestre)

Acquis de formation


Physique nucléaire et corpusculaire I Page 1 / 2


• Expliquer correctement les notions couvertes par le cours

• Appliquer correctement les notions couvertes par le cours

• Raisonner correctement en utilisant les notions couvertes par le cours

• Résoudre correctement des problèmes en utilisant les notions couvertes par le cours

• Distinguer correctement les ordres de grandeur en jeu en physique des particules


Cours ex-cathedra + exercices en classe


Examen écrit (100%)

Encadrement

Office hours NonAssistants OuiForum électronique Non

Ressources

Service de cours virtuels (VDI)

Non

Bibliographie

voir site Moodle


• Nuclear and Particle Physics / W.E. Burcham and M. Jobes

• Nuclear and Particle Physics / W.S.C. Williams

Polycopiés

Polycopié + transparents du cours

Liens Moodle


Préparation pour

Cours de Physique Nucléaire et Corpusculaire II (PHYS-312).Tous les cours de physique des particules au niveau Master.


Physique nucléaire et corpusculaire I Page 2 / 2

PHYS-312 Physique nucléaire et corpusculaire IISchneider Olivier

Cursus Sem. Type

Physique BA6 Opt.Langue françaisCrédits 3Session EtéSemestre PrintempsExamen OralCharge 90hSemaines 14Heures 3 hebdo


Résumé

Introduction générale à la physique des noyaux atomiques: des états liés à la diffusion.

Contenu

Physique corpusculaire (suite):Boson de Higgs. Mélange des quarks. Neutrinos. Violation de la parité. Kaons neutres. Violation de CP.Introduction à la physique nucléaire:Propriétés globales du noyau atomique: taille, masse, énergie de liaison.Modèles nucléaires:Modèle du gaz de Fermi, énergie de liaison et formule de la masse.Modèle en couches à nucléon célibataire, interaction spin-orbite, spins nucléaires, moment magnétique dipolaire etmoment électrique quadripolaire.Réactions nucléaires:Diffusion et réaction, formalisme de la diffusion, ondes partielles.Modèle du noyau composé. Description d'une résonance selon Wigner. Diagramme d'Argand.

Mots-clés

Physique nucléaire



Physique générale. Physique quantique I.


Physique nucléaire et corpusculaire I (pour suivre la première partie du cours).Physique quantique II (si ce cours n'a pas encore été suivi, il est fortement recommandé de le suivrependant le même semestre)

Acquis de formation


• Expliquer correctement les notions couvertes par le cours

• Appliquer correctement les notions couvertes par le cours

• Raisonner correctement en utilisant les notions couvertes par le cours

• Résoudre correctement des problèmes en utilisant les notions couvertes par le cours

• Distinguer correctement les ordres de grandeur en jeu en physique nucléaire



Physique nucléaire et corpusculaire II Page 1 / 2

Cours ex-cathedra + exercices en salle


Examen oral (100%)

Encadrement

Office hours NonAssistants OuiForum électronique Non

Ressources


Non

Bibliographie

voir site Moodle

Polycopiés

Polycopié + transparents du cours

Liens Moodle


Préparation pour

Cours de physique nucléaire et physique des particules au niveau Master


Physique nucléaire et corpusculaire II Page 2 / 2

PHYS-203 Physique numérique IVillard Laurent

Cursus Sem. Type

Physique BA3 Obl.Langue françaisCrédits 3.5Retrait Non autoriséSession EtéSemestre AutomneExamen Pendant le


Cours 1 hebdoExercices 1 hebdoProjet 2 hebdo

Résumé

Aborder, formuler et résoudre des problèmes de physique en utilisant des méthodes numériques simples. Comprendreles avantages et les limites de ces méthodes (stabilité, convergence). Illustrer différents sujets de physique traités dansd'autres cours.

Contenu

Introduction : discrétisation, intégration et différentiation

Evolution temporelle : Désintégrations. Mouvement de particules dans divers champs de forces. Oscillations,résonances, chaos. Problème gravitationnel à N corps. Mouvement de solides rigides. Schémas d'Euler, Euler-Cromer,Stormer-Verlet, Runge-Kutta. Analyse de stabilité des schémas numériques. Schémas adaptatifs à pas variable.

Intégration spatiale : Cas unidimensionnel : équations d'équilibre thermodynamique local, équation de Poisson. Casbidimensionnel : équations de l'électrostatique et de la magnétostatique. Schémas de tir, de différences finies etd'éléments finis. Méthodes itératives : Gauss-Seidel, surrelaxation.

Plusieurs applications seront faites en exercice et en pratique, avec évaluation des rapports rendus.



Cours de 1ère année (Physique I, II, Analyse numérique, Informatique I, II)

Acquis de formation


• Modéliser un problème physique d'évolution temporelle ou spatial

• Choisir ou sélectionner une méthode numérique appropriée

• Concevoir un code numérique implémentant la méthode

• Evaluer la qualité de la solution numérique obtenue

• Composer un raport scientifique présentant les résultats et analyses

• Comparer solution numérique et solution analytique si elle existe

• Conduire une étude de stabilité et de convergence numérique



Physique numérique I Page 1 / 2

• Utiliser les outils informatiques courants ainsi que ceux spécifiques à leur discipline.



Présentations ex cathedra, exercices et applications pratiques dirigés


Contrôle continu

Ressources


Oui

Bibliographie

Notes de coursN.J. Giordano, Computational Physics, Pearson Prentice Hall 2006F.J. Vesely, Computational Physics, an Introduction, Kluwer Academic Plenum 2001


• Computational Physics / Vesely

• Computational Physics / Giordano

Sites web

• http://moodle/course/enrol.php?id=287


Physique numérique I Page 2 / 2

PHYS-210 Physique numérique IIVillard Laurent

Cursus Sem. Type

Physique BA4 Obl.Langue françaisCrédits 3.5Retrait Non autoriséSession EtéSemestre PrintempsExamen Pendant le


Cours 1 hebdoExercices 1 hebdoTP 2 hebdo

Résumé

Aborder, formuler et résoudre des problèmes de physique en utilisant des méthodes numériques moyennementcomplexes. Comprendre les avantages et les limites de ces méthodes (stabilité, convergence). Illustrer différents sujetsde physique traités dans d'autres cours.

Contenu

Suite du cours de Physique numérique I.

Intégration spatio-temporelle : Advection. Diffusion. Schémas explicites, différences finies. Analyse spectrale destabilité de Von Neuman. Condition Courant-Friedrichs-Lewy. Diffusion et marche aléatoire : approche Monte Carlo.

Propagation d'ondes. Conditions initiales et aux limites. Modes propres, fréquences propres. Analyse de stabilité. Ondesen milieu inhomogène.

Mécanique quantique. Equation de Schrödinger dépendante du temps. Schéma semi-implicite unitaire. Particule libre,étalement du paquet d'onde. Barrières de potentiel, effet tunnel. Oscillateur harmonique, limite semi-classique. Etatspropres, équation de Schrödinger stationnaire. Puits de potentiel, états liés. Particule dans un potentiel périodique,bandes d'énergies interdites.

Une sélection parmi diverses applications : Mécanique statistique, modèle d'Ising, approche Monte Carlo, algorithmede Metropolis. Echantillonnage et filtrage de signaux (Fourier). Ecoulements fluides, méthode « Particle-In-Cell » (PIC).

Plusieurs applications seront faites en exercice et en pratique, avec évaluation des rapports rendus.



Cours de 1ère année (Physique I, II, Analyse numérique, Informatique I, II) et Physique numérique I

Acquis de formation


• Modéliser un problème physique d'évolution spatio-temporelle

• Choisir ou sélectionner une méthode numérique appropriée

• Concevoir un code numérique implémentant la méthode choisie

• Evaluer la qualité de la solution numérique obtenue

• Composer un rapport scientifique présentant résultats et analyses


Physique numérique II Page 1 / 2

• Comparer solution numérique et solution analytique si elle existe

• Conduire des études de stabilité et de convergence numériques


• Utiliser les outils informatiques courants ainsi que ceux spécifiques à leur discipline.



Présentations ex cathedra, exercices et applications pratiques dirigés


Contrôle continu

Ressources


Oui

Bibliographie

Notes de coursN.J. Giordano, Computational Physics, Pearson Prentice Hall 2006F.J. Vesely, Computational Physics, an Introduction, Kluwer Academic Plenum 2001


• Computational Physics / Vesely

• Computational Physics / Giordano

Sites web

• http://moodle/course/enrol.php?id=287


Physique numérique II Page 2 / 2

PHYS-313 Physique quantique ISavona Vincenzo

Cursus Sem. Type



Résumé

L'objectif de ce cours est de familiariser l'étudiant avec les concepts, les méthodes et les conséquences de la physiquequantique.

Contenu

Eléments historiques:1. Eléments historiques:- Le spectre du corps noir (Planck, 1900)- Le photon (Einstein, 1905; Compton, 1923)- Les états stationnaires des atomes (Bohr, 1913)- Les probabilités de transition (Einstein, 1916)- la dualité onde-particule (Einstein, de Broglie, Bohr)2. La mécanique ondulatoire et l'équation de Schrödinger3. La quantification canonique et l'équation de Heisenberg4. L'oscillateur harmonique5. Formulation générale de la mécanique quantique6. Le processus de mesure: observables, probabilités, représentations7. Quelques problèmes simples en dimension 18. Potentiel central, moment cinétique et atome d'hydrogène9. Le spin10. Addition de moments cinétiques11. Rappèl mathématique: Espaces de Hilbert et algèbre linéaire. Théorie des distributions (fonctions généralisées)

Mots-clés

Mécanique quantique, équation de Schrödinger, principe d'incertitude de Heisenberg, fonction d'onde, oscillateurharmonique, atome d'hydrogène, spin



Cours de base de physique et mathématique du 1er cycleLe cours SHS "Philosophie, épistémologie et histoire des sciences : La philosophie de la nature : physiqueet philosophie au XXe siècle" (HUM-315) donné par le Prof. M.-A. Esfeld, pourrait constituer un intéressantcomplément pour approfondir certains aspects interprétatifs de la physique quantique.


Connaissance solide et pratique de l'analyse et de l'algèbre linéaire (traitées dans les cours de base demathématique).

Acquis de formation


Physique quantique I Page 1 / 2


• Expliquer la différence paradigmatique entre physique quantique et classique

• Comparer les points de vue de Schrödinger et Heisenberg sur la physique quantique

• Dériver le principe d'incertitude de Heisenberg

• Résoudre le problème de l'oscillateur harmonique à l'aide de l'équation de Schrödinger ou de l'approche algébrique

• Contextualiser les postulats de la physique quantique

• Interpréter le processus de la mesure en physique quantique

• Résoudre l'équation de Schrödinger pour des problèmes à une, deux et trois dimensions

• Calculer le spectre d'énergie de l'atome de hydrogène



• Fixer des objectifs et concevoir un plan d'action pour les atteindre.


Ex cathedra. Exercices préparés en classe.

Travail attendu

Participation au cours. Résolution des séries d'exercices durant les heures d'exercices. Réviser régulièrement les notesde cours à la maison.



Encadrement

Office hours NonAssistants OuiForum électronique Oui

Ressources

Bibliographie

1. "Mécanique Quantique I-II", Cohen-Tannoudji, Diu, Lahoë (Hermann);2. "Modern Quantum Mechanics", J.J. Sakurai (Addison Wesley, 1994)3. "Quantum Mechanics", Landau, Lifshits (Butterworth-Heinemann, 1981)


• Modern Quantum Mechanics / Sakurai

• Mécanique Quantique / Cohen-Tannoudji

• Quantum Mechanics / Landau

Polycopiés

Tout le matériel disponible est publié sur le moodle du cours.

Liens Moodle



Physique quantique I Page 2 / 2

PHYS-314 Physique quantique IISavona Vincenzo

Cursus Sem. Type



Résumé

L'objectif de ce cours est de familiariser l'étudiant avec les concepts, les méthodes et les conséquences de la physiquequantique. En particulier, le moment cinétique, la théorie de perturbation, les systèmes à plusieurs particules, lessymétries, et les corrélations quantique seront traité

Contenu

1. Symétries et lois de conservation en mécanique quantique2. Eléments de théorie de la représentation des groupes et son application à la mécanique quantique3. Eléments de théorie des groupes continus et algèbres de Lie et leurs application aux symétries continues.4. Théorie des perturbations indépendantes du temps5. Théorie des perturbations dépendantes du temps6. Particules identiques : fermions et bosons7. Eléments de théorie des atomes à plusieurs électrons et des molécules8. Principe variationnel9. Théorie Hartree-Fock pour les systèmes à plusieurs particules10. Le paradoxe EPR, le théorème de Bell et le concept d'intrication quantique11. Eléments d'information quantique12. L'opérateur densité. Eléments de physique quantique des systèmes ouverts

Mots-clés

Mécanique quantique, équation de Schrödinger, principe d'incertitude de Heisenberg, fonction d'onde, oscillateurharmonique, atome d'hydrogène, spin, moment cinétique, théorie de perturbation, intrication quantique, théorème deBell, particules identiques, seconde quantification, opérateur densité, matrice densité, information quantique,Hartree-Fock.



Physique Quantique ICours de base de physique et mathématique du 1er cycleLe cours SHS "Philosophie, épistémologie et histoire des sciences : La philosophie de la nature : physiqueet philosophie au XXe siècle" (HUM-315) donné par le Prof. M.-A. Esfeld, pourrait constituer un intéressantcomplément pour approfondir certains aspects interprétatifs de la physique quantique.


Connaissance solide et pratique de l'analyse et de l'algèbre linéaire (traitées dans les cours de base demathématique).

Acquis de formation


Physique quantique II Page 1 / 3


• Inférer la conservation de quantités physiques des propriétés d'invariance

• Formuler la théorie quantique du moment cinétique et du spin

• Calculer des quantités physiques à l'aide de la théorie de perturbation indépendante du temps

• Calculer des quantités physiques à l'aide de la théorie de perturbation dépendante du temps

• Construire l'espace de Hilbert des états à plusieurs particules

• Caractériser la relation entre spin et statistique

• Distinguer entre Fermions et Bosons

• Argumenter contre le réalisme local en physique quantique

• Formuler le théorème de Bell et les inégalités de Bell

• Raisonner sur le concept et sur les implications de l'intrication quantique

• Elaborer un circuit quantique élémentaire


• Fixer des objectifs et concevoir un plan d'action pour les atteindre.



Ex cathedra, exercices préparés en classe

Travail attendu

Participation au cours. Résolution des séries d'exercices durant les heures d'exercices. Réviser régulièrement les notesde cours à la maison.



Encadrement

Office hours NonAssistants OuiForum électronique Oui

Ressources

Bibliographie

1. "Mécanique Quantique I-II", Cohen-Tannoudji, Diu, Lahoë (Hermann);2. "Modern Quantum Mechanics", J.J. Sakurai (Addison Wesley, 1994)3. "Quantum Mechanics", Landau, Lifshits (Butterworth-Heinemann, 1981)4. "Lie Algebras In Particle Physics: from Isospin To Unified Theories", Howard Georgi, (Westview Press,1999)


• Modern Quantum Mechanics / Sakurai

• Quantum Mechanics / Landau

• Mécanique Quantique / Cohen-Tannoudji

Polycopiés



Tout le matériel disponible est publié sur le moodle du cours.

Liens Moodle


Préparation pour

Physique du solide, physique nucléaire, champs quantiques relativistes



PHYS-315 Physique statistique IMila Frédéric

Cursus Sem. Type

Mineur STAS Russie H Opt.

Physique BA5 Obl.

Langue françaisCrédits 4Session HiverSemestre AutomneExamen EcritCharge 120hSemaines 14Heures 4 hebdo


Résumé

L'objectif du cours est d'introduire les concepts fondamentaux de la physique statistique.

Contenu

1. Vers une théorie microscopique du gaz parfait

- Rappels de thermodynamique- Théorie cinétique- Espace des phases et entropie

2. Formalisme général

- Entropie statistique et principe fondamental- Ensembles statistiques et potentiels thermodynamiques- Exemple : gaz parfait classique

3. Premières applications aux systèmes classiques

- Théorèmes du viriel et d'équipartition- Paramagnétisme de dipôles classiques- Gaz réels : équation de Van Der Waals et développement du viriel

4. Introduction à la physique statistique quantique

- Opérateur densité- Particules identiques- Gaz parfaits quantiques : distributions de Fermi-Dirac et de Bose-Einstein



Mécanique analytique

Acquis de formation


• Calculer les propriétés thermodynamiques de différents systèmes physiques



Physique statistique I Page 1 / 2



Ex cathedra. Exercices en salle


Examen écrit. Test facultatif en cours de semestre.

Ressources

Bibliographie

- Polycopié "Physique Statistique I" by F. Mila.- Livre: W. Greiner, L. Neise, H. Stöcker "Thermodynamique et Mécanique Statistique"


• Thermodynamique et Mécanique Statistique / Greiner

Préparation pour

Physique statistique II


Physique statistique I Page 2 / 2

PHYS-316 Physique statistique IIWyart Matthieu

Cursus Sem. Type

Mineur STAS Russie E Obl.

Physique BA6 Obl.

Langue françaisCrédits 4Session EtéSemestre PrintempsExamen EcritCharge 120hSemaines 14Heures 4 hebdo


Résumé

Introduction à la théorie des transitions de phase

Contenu

1. Les transitions de Phase

- Classification- Transition Liquide-gaz- Ferromagnétisme- Brisure de symmétrie

2. Nouvelles techniques

- Matrices de transfert- Expansion haute température- Champ Moyen

- Théorie de landau

- Critère de Ginzburg3. Groupe de Renormalisation (RG)

- Hypothèse d'échelle- Principes généraux du RG, bloc de spins

-Linéarisation autour du point fixe

- Décimation

- RG en Ising 2d



Physique quantique I, physique statistique I

Acquis de formation


• Choisir ou sélectionner une méthode d'analyse des propriétés thermodynamiques d'un système complexe


Physique statistique II Page 1 / 2


• Planifier des actions et les mener à bien de façon à faire un usage optimal du temps et des ressources à disposition.


Ex cathedra. Exercices en salle


Examen écrit.

Ressources

Bibliographie

Notes de cours


Physique statistique II Page 2 / 2

MATH-233 Probabilités et statistiqueDavison Anthony C.

Cursus Sem. Type



Résumé

Le cours donne une initiation à la théorie des probabilités et aux méthodes statistiques pour physiciens.

Contenu

Probabilités : Révision des notions de base, les probabilités conditionnelles.Variables aléatoires : Définition, fonction de densité, fonction de répartition, espérance, médian, variance, covariance,corrélation, transformations, sommes, fonctions génératrices, fonctions caractéristiques, lois conditionnelles.Lois discrètes et continues : Bernoulli, binomiale, hypergéométrique, Poisson, géométrique, normale, exponentielle,Gamma, Dirichlet, Cauchy, Weibull, Gumbel, chi-carré, F, t.Théorèmes limites : loi des grands nombres, théorème central limite, lois stablesSimulations : simuler une variable aléatoireIntroduction aux statistiques : points de vue fréquentiste, bayésienEstimation : estimation ponctuelle, biais, carré moyen de l'erreur, estimateursTests d'hypothèses : erreurs, puissance, signification, chi^2Régression linéaire



aucun


Notions de calcul différentiel et intégral

Acquis de formation


• Exposer le contenu du cours.

• Etablir une stratégie pour résoudre un problème de probabilités /statistique

• Utiliser les règles liées à la manipulation de variables aléatoires

• Interpréter les théories exposées dans le cours.

• Proposer un modèle pour expliquer un phénomène

• Proposer un estimateur approprié pour une analyse de données.

• Appliquer les règles du calcul de probabilités.

• Appliquer les idées de statistiques à des données



Probabilités et statistique Page 1 / 2

• Dialoguer avec des professionnels d'autres disciplines.

• Evaluer sa propre performance dans le groupe, recevoir du feedback et y répondre de manière appropriée.

• Auto-évaluer son niveau de compétence acquise et planifier ses prochains objectifs d'apprentissage.

• Persévérer dans la difficulté ou après un échec initial pour trouver une meilleure solution.


Cours ex cathedra, exercices en classe

Travail attendu

Faire les séries d'exercices. Se préparer au cours. Participer activement au cours.


Ecrit

Ressources

Bibliographie

Théorie des probabilités de Charles-Edouard Pfister, Presses polytechniques et universitaires romandes.Introduction à la statistique de Stephan Morgenthaler, Presses polytechniques et universitaires romandes.Ce livre est d'un niveau mathématique plus bas et se concentre sur la statistique.


• Introduction à la statistique / Morgenthaler

• Théorie des probabilités / Pfister

Préparation pour

Statistique appliquée et cours professionnels utilisant la statistique


Probabilités et statistique Page 2 / 2

PHYS-309 Solid state physics IRønnow Henrik Moodysson

Cursus Sem. Type

Physique BA5 Obl.Language EnglishCredits 3Session WinterSemester FallExam WrittenWorkload 90hWeeks 14Hours 3 weekly


Summary

This lecture gives an introduction to Solid State Physics, namely to their crystal and electronic structure, their magneticproperties, as well as to their thermal and electric conductance. The level is that of Ashcroft & Mermin. The lecture isconceived for Physics Students in their 3rd year.

Content

The Drude model of metals: DC electrical conductivity, Hall effect, AC electrical conductivity, thermal conductivity.

The Fermi free electron gas: ground-state and thermal properties of the free electron gas, Pauli paramagnetism,Sommerfelf theory of conduction in metals.

Lattice dynamics: normal modes of a monoatomic Bravais lattice in 1 and 3 dimensions, 3-dimensional lattice with abasis, quantification of elastic waves, neutron scattering by a crystal.

Thermal properties in relation with phonon: specific heat of the lattice, models of Debye and Einstein, anharmoniceffects.

The lecture is accompanied by an introduction to crystallography in real and reciprocal space, and we introduceFermi-Dirac and Bose-Einstein statistics. The first subject is treated in much more detail in a specialized lecture which,we highly recommend. The second is treated in the second semester of the lecture on statistical Physics.

Learning Outcomes


• Distinguish between heat transport by electrons and phonons

• Differentiate between specific heat of electrons and phonons

• Compute the electrical conductivity

• Compute the specific heat of electrons

• Compute the specific heat of phonons

• Sketch the lattice in real and reciprocal space

• Argue about the number of k-points in the first Brillouin zone

Transversal skills


• Communicate effectively with professionals from other disciplines.

Teaching methods


Solid state physics I Page 1 / 2

Ex cathedra and exercises in class

Assessment methods

Oral exam in French or English (100%)

Prerequisite for

Solid State Physics III, IV


Solid state physics I Page 2 / 2

PHYS-310 Solid state physics IIYazyev Oleg

Cursus Sem. Type

Physique BA6 Obl.Language EnglishCredits 5Session SummerSemester SpringExam WrittenWorkload 150hWeeks 14Hours 5 weekly


Summary

This course gives an introduction into Solid State Physics (crystal structure of materials, electronic and magneticproperties, thermal and electronic transport). The course material is at the level of Ashcroft & Mermin and is addressed tothe 3rd year students in Physics.

Content

Electrons in periodic potential (cont.): tight-binding approximation, Fermi surfaces and band structures of selectedelements.

Dynamics of electrons in periodic potential: semiclassical model, electrical conductivity, concept of hole chargecarriers and effective mass, dynamics in presence of magnetic field.

Lattice vibrations and thermal properties: vibrational modes within harmonic approximation, phonons, specific heat,anharmonic effects, thermal expansion, heat conductivity.

Semiconductors: general properties and band structures, impurities, intrinsic and doped semiconductors, concept ofhole charge carriers and effective mass, optical adsorption and excitons, p-n junctions, light-emitting diods, photovoltaiccells, transistors, elements of quantum confinement and quantum transport.

Magnetism: magnetic susceptibility, magnetic Hamiltonian of an isolated ion, ferromagnetism and antiferromagnetism,Heisenberg exchange interaction, mean-field theory, itinerant magnetism, magnetocrystalline anisotropy, magneticdomains and domain walls.

Superconductivity: history of discovery and classification, electric, magnetic and thermal phenomenology, Londontheory, elements of the BCS theory.


Required courses

Solid State Physics I

Learning Outcomes


• Describe termal and vibrational properties of solids

• Compute band structures using the tight-binding approximation

• Compute trajectories in real and reciprocal space

• Characterize magnetism

• Characterize intrinsic and doped semiconductors


Solid state physics II Page 1 / 2

• Describe superconductivity

Transversal skills


• Communicate effectively with professionals from other disciplines.

Teaching methods

Ex cathedra and exercises in class

Assessment methods

Written exam in English or French

Resources

Bibliography

Lecture notes available on the Moodle webpage

• N.W. Ashcroft and N.D. Mermin, Solid State Physics, Holt Saunders Int. Ed. 1976, Physique des Solides,EDP-Sciences 2002

• Ch. Kittel, Physique de l'état solide, Dunod 2005


• Solid State Physics / Ashcroft N.W., Mermin N.D.

• Physique de l'état solide : cours et problèmes / Kittel Ch.

Moodle Link


Prerequisite for

Solid State Physics III, IV


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Documents

Analyse III - EPFL...MATH-201 Analyse III Krieger Joachim Cursus Sem. Type Physique BA3 Obl. Langue français Crédits 5 Session Hiver Semestre Automne Examen Ecrit Charge 150h Semaines