Physique BSc (Hons)

The University of Nottingham

Ce module vise à fournir aux élèves une compréhension rigoureuse des concepts fondamentaux de la physique à un niveau introductif. Le module est à la base de tous les autres modules de physique de toutes les années.

Ce module te présente les principaux domaines de la physique au-delà de ceux rencontrés dans les modules de base, notamment ceux qui sont à la pointe de la recherche moderne. Une attention particulière est accordée aux introductions à l'astronomie, à la biophysique et aux nanosciences. D'autres sujets incluent la physique de la matière condensée, la physique atomique et des particules et la physique de l'environnement.

Tu recevras une formation sur les techniques informatiques de base à l'aide de MatLab, et tu seras initié à leur utilisation pour résoudre des problèmes physiques. Tu consacreras trois à quatre heures aux cours d'informatique et une heure de cours magistral chaque semaine.

Dans ce module, tu recevras : une introduction aux techniques et équipements de base utilisés en physique expérimentale ; une formation à l'analyse et à l'interprétation des données expérimentales ; des opportunités d'observer les phénomènes discutés dans les modules théoriques et une formation aux compétences de tenue de dossiers et de rédaction de rapports scientifiques.

Tu étudieras une sélection de techniques mathématiques qui sont utilisées pour analyser le comportement physique. Les sujets abordés seront les suivants : nombres complexes ; calcul d'une seule variable ; géométrie plane ; équations différentielles ; calcul de plusieurs variables ; algèbre matricielle. Tu passeras environ trois heures par semaine dans des ateliers et des conférences pour étudier ce module.

Ce module d'une année te formera à la modélisation mathématique des processus physiques. Tu aborderas des sujets tels que les statistiques de base et les erreurs, l'analyse dimensionnelle, l'esquisse de courbes, les ordres de grandeur et les estimations, et les problèmes d'intégration en physique, entre autres.

Dans le module De Newton à Einstein, tu as appris l'idée d'un champ : une quantité qui est définie en chaque point de l'espace. Dans ce module, la description des champs sera étendue en introduisant les mathématiques du calcul vectoriel. Le module commencera par une introduction au calcul vectoriel, illustrée dans le contexte de l'écoulement de fluides idéaux (non visqueux). Les mathématiques seront ensuite utilisées pour fournir un cadre permettant de décrire, comprendre et utiliser les lois de l'électromagnétisme. Nous verrons comment les champs électriques et magnétiques sont liés les uns aux autres ainsi qu'aux charges électriques et aux courants électriques. On décrira la description macroscopique des champs électriques à l'intérieur des matériaux diélectriques et des champs magnétiques à l'intérieur des matériaux magnétisables, y compris les conditions limites qui s'appliquent aux interfaces des matériaux.

Ce module fournira une introduction à la théorie et aux applications élémentaires de la mécanique quantique, une théorie qui est l'une des réalisations clés de la physique du 20ème siècle. La mécanique quantique est une construction théorique élégante qui est à la fois belle et mystérieuse. Certaines des prédictions de la mécanique quantique sont totalement contre-intuitives et certains de ses aspects ne sont pas correctement compris, mais elle a été testée expérimentalement pendant plus de 50 ans et, chaque fois que des prédictions peuvent être faites, elles correspondent à l'expérience.

Dans ce module, tu vas développer ta technique expérimentale et acquérir une expérience de certains instruments et méthodes clés. Les expériences porteront sur les mesures électriques, l'optique et le rayonnement. Tu apprendras aussi à utiliser un ordinateur pour contrôler les expériences et à enregistrer les données directement à partir des instruments de mesure.

Les systèmes macroscopiques présentent un comportement très différent de celui de leurs constituants microscopiques étudiés isolément. Une nouvelle physique émerge de l'interaction de nombreux degrés de liberté en interaction. Dans ce module, tu découvriras les propriétés physiques importantes de la matière et les deux principales approches de leur description. L'une, la thermodynamique, traite des degrés de liberté pertinents au niveau macroscopique (température, pression, etc.) et trouve des relations entre ceux-ci et les lois fondamentales qui les régissent, indépendamment de leur structure microscopique. L'autre approche, la mécanique statistique, relie les propriétés pertinentes au niveau macroscopique à la microphysique en remplaçant la dynamique microscopique détaillée par une description statistique. La caractéristique commune de ces deux méthodes est l'introduction de deux quantités macroscopiques, la température et l'entropie, qui n'ont aucune signification microscopique.

De nombreux systèmes physiques prennent en charge la propagation des ondes, des ondes familières à la surface de l'eau aux ondes électromagnétiques que nous percevons sous forme de lumière. La première moitié du module sera consacrée à l'optique : l'étude de la lumière. Les sujets abordés seront les suivants : l'optique géométrique ; la description des ondes de la lumière ; l'interférence et la diffraction ; l'interférométrie optique. La deuxième moitié du module présentera des méthodes plus générales pour l'examen de la propagation des ondes, ainsi que les méthodes de Fourier.

Ce module présentera aux élèves la physique des atomes, des noyaux et des constituants fondamentaux de la matière ainsi que leurs interactions. Le module développera également la description mécanique quantique de ceux-ci. Les sujets abordés sont les suivants : Techniques d'approximation théorie des perturbations du premier ordre, dégénérescences, théorie des perturbations du deuxième ordre, taux de transition, théorie des perturbations en fonction du temps, règle d'or de Fermi ; Physique des particules protons et neutrons, antiparticules, accélérateurs de particules et expériences de diffusion, lois de conservation, neutrinos, leptons, baryons et hadrons, modèle des quark et interaction forte, interactions faibles, modèle standard ; Introduction à la physique atomique : examen du modèle simple de l'atome d'hydrogène, statistiques de Fermi et principe de Pauli, principe d'aufbau, atomes hydrogéniques, échange, structure fine et interactions hyperfines, interaction dipolaire, règles de sélection et taux de transition.

Ce module fournit une introduction générale à la physique de l'état solide. Les sujets abordés comprennent : Nature des liaisons chimiques, thermodynamique de la formation des solides ; Structures cristallines description des structures cristallines, espace k, réseau réciproque, diffraction de Bragg, zones de Brillouin ; Modèle des électrons presque libres - théorème de Bloch, bandes interdites à partir de la diffusion de Bragg des électrons, masses effectives ; Théorie des bandes surfaces de Fermi, image qualitative du transport, métaux, isolants et semi-conducteurs.

Tu réaliseras un projet tiré d'un des nombreux domaines de la physique. Le projet peut être de nature expérimentale ou théorique. De nombreux projets reflètent les intérêts de recherche des membres du personnel académique. Tu travailleras en binôme et tu devras produire un plan de travail et identifier des objectifs réalistes pour ton projet. Chaque binôme a un superviseur de projet responsable de la mise en place du projet.

Les étudiants ont la possibilité de choisir des modules optionnels à ce stade. Veuillez consulter la page du cours sur le site de l'université.