Chapitre 2
Le monde microscopique
La physique statistique (appelée aussi mécanique statistique) permet de faire la liaison
entre les mondes macroscopiques et microscopiques. À notre échelle, on peut définir
une configuration particulière d’un système macroscopique (macroétat) en se donnant
la valeur de toutes ses variables thermodynamiques indépendantes. Par exemple, pour
un gaz parfait, il suffit de fixer trois paramètres choisis parmi la pression, le volume, la
température et le nombre de particules du gaz. Le quatrième paramètre est alors obtenu à
partir de l’équation d’état des gaz parfaits. Peu de paramètres sont donc nécessaires pour
déterminer un macroétat, i.e. la configuration d’un système à notre échelle. Un corps
macroscopique est constitué d’un nombre extrêmement grand de composants élémentaires que nous appellerons particules. Celles-ci peuvent être des atomes, des molécules,
des électrons, des nucléons,. . . Si l’on étudie le système au niveau de ses constituants, on
s’intéresse au monde microscopique. Il convient à ce stade d’analyser les caractéristiques
principales des constituants élémentaires de ce corps tels que nous venons de les citer :
• Ils sont extrêmement petits. Cela signifie que leurs propriétés sont souvent dominées
par les phénomènes quantiques.
• Ils sont extrêmement nombreux. Leur évolution ne peut donc pas être traitée individuellement mais comme un élément particulier d’un ensemble aux propriétés plus globales : c’est l’objet de la physique statistique.
Paradoxalement, il est plus facile d’introduire la physique statistique à partir de la
mécanique quantique qu’à partir de la mécanique classique. Aussi ferons-nous abondamment appel aux propriétés quantiques des particules telles quelles sont décrites
c
Dunod. La photocopie non autorisée est un délit.
Le monde microscopique
La physique statistique (appelée aussi mécanique statistique) permet de faire la liaison
entre les mondes macroscopiques et microscopiques. À notre échelle, on peut définir
une configuration particulière d’un système macroscopique (macroétat) en se donnant
la valeur de toutes ses variables thermodynamiques indépendantes. Par exemple, pour
un gaz parfait, il suffit de fixer trois paramètres choisis parmi la pression, le volume, la
température et le nombre de particules du gaz. Le quatrième paramètre est alors obtenu à
partir de l’équation d’état des gaz parfaits. Peu de paramètres sont donc nécessaires pour
déterminer un macroétat, i.e. la configuration d’un système à notre échelle. Un corps
macroscopique est constitué d’un nombre extrêmement grand de composants élémentaires que nous appellerons particules. Celles-ci peuvent être des atomes, des molécules,
des électrons, des nucléons,. . . Si l’on étudie le système au niveau de ses constituants, on
s’intéresse au monde microscopique. Il convient à ce stade d’analyser les caractéristiques
principales des constituants élémentaires de ce corps tels que nous venons de les citer :
• Ils sont extrêmement petits. Cela signifie que leurs propriétés sont souvent dominées
par les phénomènes quantiques.
• Ils sont extrêmement nombreux. Leur évolution ne peut donc pas être traitée individuellement mais comme un élément particulier d’un ensemble aux propriétés plus globales : c’est l’objet de la physique statistique.
Paradoxalement, il est plus facile d’introduire la physique statistique à partir de la
mécanique quantique qu’à partir de la mécanique classique. Aussi ferons-nous abondamment appel aux propriétés quantiques des particules telles quelles sont décrites
c
Dunod. La photocopie non autorisée est un délit.