Table des matières

Avant-propos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Notations. Constantes. Unités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

I. Évolution de la notion d’atome

1. Loi des proportions définies (Proust) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Loi des proportions volumétriques (Gay-Lussac) . . . . . . . . . . . . .

3. Combinaisons chimiques (Dalton) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Fonction de distribution des vitesses (Maxwell)
    et vitesse moyenne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Pression et énergie interne d’un gaz parfait . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Énergie cinétique moyenne des atomes d’un gaz parfait . . . . . . . .

7. Action de la pesanteur sur une colonne de gaz . . . . . . . . . . . . . . . .

8. Pression exercée sur une paroi par les atomes d’un gaz parfait
    (formule de Bernouilli) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Détermination du libre parcours moyen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10. Détermination du libre parcours moyen d’un gaz réel
      dans l’approximation " boules de billard " . . . . . . . . . . . . . . . . .

II. Les grandeurs fondamentales de la physique atomique

1. Détermination du nombre d’Avogadro à partir du
    mouvement brownien (méthode de J. Perrin) . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Détermination du nombre d’Avogadro à partir de l’électrolyse

3. Détermination du nombre d’Avogadro à partir du volume
    d’hélium produit par une source radioactive . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Détermination du nombre d’Avogadro à partir du
    mouvement brownien (pendule de torsion) . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Détermination du rapport e/m par centrifugation des électrons . . .

6. Détermination du rapport e/m par effet d’inertie
    (expérience de Tolman) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. Détermination du rapport q/m par déviation dans un champ
    électrique (orientation quelconque par rapport au faisceau) . . . . .

8. Détermination du rapport e/m par déviation dans un champ
    magnétique (orientation quelconque par rapport au faisceau) . . . .

9. Détermination du rapport M/Z par déviation dans un champ
    magnétique (spectrographe de masse de Dempster) . . . . . . . . . . .

10. Détermination du rapport e/m par accélération et déviation
      dans un champ magnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

III. Introduction à la relativité

1. Contraction des longueurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Dilatation des temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Transformation de Lorentz des vitesses et des accélérations . . . . .

4. Principe fondamental de la dynamique en théorie relativiste . . . . .

5. Invariance de la charge électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Décalage de fréquence d’une source en mouvement
    (effet Doppler et corrections relativistes) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. Relation entre quantité de mouvement et énergie cinétique . . . . . .

8. Vitesse relativiste d’un électron accéléré
    par une variation de potentiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Détermination de l’énergie cinétique d’une particule chargée
    déviée par un champ magnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10. Détermination du rapport e/m par accélération et déviation
      dans un champ magnétique (corrections relativistes) . . . . . . . . . .

IV. Caractère discontinu du rayonnement

1. Détermination de la densité d’énergie rayonnée
    par un corps noir (démonstration de Planck) . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Pression de radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Loi de Stephan (démonstration de Boltzmann) . . . . . . . . . . . . . . . .

4. La loi de Planck dans les domaines infrarouge et visible . . . . . . .

5. Loi de déplacement de Wien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Conditions limites d’observation de l’effet photoélectrique . . . . .

7. Détermination du courant photoélectrique
    produit par un faisceau de photons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8. Théorie relativiste de la diffusion des rayons X
    (électrons faiblement liés) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Théorie relativiste de la diffusion des rayons X (électrons liés)
10. Diffusion d’un faisceau de rayons X par une cible de graphite

V. Structure de l’atome

1. Énergie et moment cinétique de deux particules
    se déplaçant dans un plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Diffusion des particules a (théorie de Rutherford) . . . . . . . . . . . .

3. Particules a rétrodiffusées par une plaque d’aluminium . . . . . . . .

4. Expérience de Chadwick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Théorie classique du rayonnement d’un atome . . . . . . . . . . . . . . .

6. Théorie classique de la diffusion des rayons X par un atome . . . .

7. Expérience de Barkla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8. Niveaux d’énergie de l’atome
    (expériences de Lénard, Franck et Hertz) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Tube de Crookes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10. Loi de Moseley . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

VI. L’atome d’hydrogène dans la théorie de Bohr

1. Instabilité de l’atome en théorie classique . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. L’atome d’hydrogène dans la théorie de Bohr (noyau immobile)

3. Quantification du moment cinétique et du rayon de l’orbite
    électronique (théorie de Bohr) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Loi des fréquences et constante de Rydberg . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. L’atome d’hydrogène dans la théorie de Bohr (noyau mobile) . . .

6. Spectre d’émission de l’hydrogène et de ses isotopes . . . . . . . . . .

7. Les ions hydrogénoïdes dans la théorie de Bohr (noyau mobile)

8. Excitation et ionisation de l’atome d’hydrogène par collision
    électronique (Lénard, Franck et Hertz) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Spectre d’émission des rayons X (loi de Moseley) . . . . . . . . . . . .

10. Durée de vie d’un niveau excité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

VII. Introduction à la mécanique ondulatoire

1. Oscillateur harmonique à une dimension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Équation d’onde et propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Particule libre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Particule dans une boîte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Paquet d’ondes et vitesse de groupe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Conservation locale de la probabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. Marche de potentiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8. Barrière de potentiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Vallée de potentiel symétrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10. Puits de potentiel symétrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

VIII. L’atome d’hydrogène dans la théorie quantique

1. Équation de Schrödinger de l’atome d’hydrogène . . . . . . . . . . . . .

2. Séparation de l’équation de Schrödinger de l’atome
    d’hydrogène (centre de masse, mouvement relatif) . . . . . . . . . . . .

3. Équation aux valeurs propres du hamiltonien
    de l’atome d’hydrogène . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Séparation de l’équation aux valeurs propres du hamiltonien
    de l’atome d’hydrogène (parties radiale et angulaire) . . . . . . . . . .

5. Résolution de l’équation radiale de l’atome d’hydrogène . . . . . . .

6. Solutions radiales de l’atome d’hydrogène
    et quantification de l’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. Solutions radiales et angulaires de l’atome d’hydrogène . . . . . . . .

8. Solutions des états " d " de l’atome d’hydrogène . . . . . . . . . . . . . .

9. Solutions radiales de l’atome d’hydrogène
    et probabilité de présence de l’électron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10. Transitions dipolaires et règles de sélection . . . . . . . . . . . . . . . .

IX. Moment angulaire et spin de l’électron

1. Moment cinétique de l’électron de l’atome d’hydrogène . . . . . . . .

2. Équation aux valeurs propres de la composante suivant z
    du moment cinétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Équation aux valeurs propres du moment cinétique . . . . . . . . . . . .

4. Séparation du moment cinétique de l’atome d’hydrogène
    (centre de masse, mouvement relatif) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Représentation vectorielle du moment cinétique . . . . . . . . . . . . . .

6. Degré de dégénérescence d’un niveau d’énergie (sans spin) . . . . .

7. Spin de l’électron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8. Addition des moments angulaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Degré de dégénérescence d’un niveau d’énergie (avec spin) . . . .

10. Notations spectroscopiques et nombres quantiques associés . . . .

X. Propriétés magnétiques de l’atome

1. Moment magnétique orbital . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Moment magnétique total et précession interne . . . . . . . . . . . . . . .

3. Interaction spin-orbite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Précession de Larmor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Pulsation des précessions (Larmor, interne) . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Effet Zeeman normal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. Effet Zeeman anormal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8. Effet Paschen-bach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Théorie de Langevin du diamagnétisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10. Expérience de Stern et Gerlach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

XI. Atomes à plusieurs électrons

1. Fonctions d’onde orbitales de l’atome d’hélium . . . . . . . . . . . . . .

2. Fonctions d’onde de spin de l’atome d’hélium . . . . . . . . . . . . . . .

3. Fonctions d’onde de l’atome d’hélium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Niveau fondamental de l’atome d’hélium
    (sans interaction électronique) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Niveau fondamental de l’atome d’hélium
    (avec interaction électronique) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Notations spectroscopiques de l’atome d’hydrogène . . . . . . . . . . .

7. Répartition des électrons sur les niveaux
    (principe d’exclusion de Pauli) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8. Classification périodique des premiers éléments . . . . . . . . . . . . .

9. Règle de Hund (application au carbone) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10. Règle de détermination du moment angulaire total J
      (application aux éléments de la première période) . . . . . . . . . . .

Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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