F5170 Fyzika plazmatu

Přírodovědecká fakulta
podzim 2008
Rozsah
2/1/0. 3 kr. (příf plus uk plus > 4). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: z.
Vyučující
doc. Mgr. Lenka Zajíčková, Ph.D. (přednášející)
Mgr. Lukáš Lazar (cvičící)
Garance
prof. RNDr. Michal Lenc, Ph.D.
Ústav fyzikální elektroniky - Fyzikální sekce - Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: doc. Mgr. Lenka Zajíčková, Ph.D.
Rozvrh
Pá 7:00–9:50 Fs1,01017
Předpoklady
F4120 Teoretická mechanika && F4090 Elektrodyn. a teorie rel.
F2050 Elektřina a magnetismus.F4040 Atomová, jaderná částicová fyzika.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory
Cíle předmětu
Přednáška je obecným úvodem do fyziky plazmatu a je zaměřena na studenty, kteří se zatím s tímto pojmem nesetkali. Studenti, kteří ji absolvují, získají základy fyziky plazmatu založené na statistické kinetické teorii.
Na konci tohoto kurzu bude student schopen: vysvětlit a správně definovat pojem plazma ; porozumět pojmu rozdělovací funkce a jejímu použití pro výpočet makroskopických veličin; zapsat Boltzmannovu kinetickou rovnici i v případě existence srážek částic; odvodit makroskopické transportní rovnice a vysvětlit fyzikální význam jednotlivých jejich členů; použít transportní rovnice za zjednodušujících předpokladů pro pochopení kolektivních jevů v plazmatu (např. vodivost a dielektrická odezva plazmatu, difúze a plazmové oscilace).
Osnova
  • Kurz je rozčleněn do 11 témat:
  • 1. Úvod (kritéria pro definici plazmatu, stručné shrnutí metod vytváření plazmatu a jeho aplikací)
  • 2. Pohyb částic v elektromagnetických polích (homogenní statická pole, nehomogenní magnetické pole, pomalé časově proměnné elektrické pole)
  • 3. Základy kinetické teorie plazmatu (fázový prostor, rozdělovací funkce rychlostí a její fyzikální význam, Boltzmannova kinetická rovnice - BKR, Relaxační model pro srážkový člen)
  • 4. Střední hodnoty a makroskopické veličiny (střední hodnota fyzikální veličiny, driftová a tepelná rychlost, definice toku, tok částic, tenzor toku hybnosti, tenzor tlaku, vektor toku tepla, tenzor toku tepelné energie, tenzor toku celkové energie, momenty rozdělovací funkce)
  • 5. Rovnovážný stav (rozdělovací funkce v rovnovážném stavu, vlastnosti Maxwellova rozdělení, řešení BKR pro rovnovážný stav za přítomnosti vnějších sil, Sahova rovnice)
  • 6. Interakce částic v plazmatu (srážkové procesy, kinetika a dynamika elastických binárních srážek, úhel rozptylu, diferenciální a celkový účinný průřez, účinný průřez pro přenos hybnosti, účinné průřezy pro Coulombovský interakční potenciál v případě Debyeova stínění, střední volná dráha, rychlostní konstanta)
  • 7. Makroskopické transportní rovnice pro jeden typ částic (momenty Boltzmannovy rovnice, obecná transportní rovnice, rovnice kontinuity, pohybová rovnice, rovnice energie, model studeného a teplého plazmatu)
  • 8. Makroskopické rovnice pro vodivou kapalinu (makroskopické proměnné popisující plazma jako vodivou kapalinu, rovnice kontinuity, pohybová rovnice, rovnice energie, elektrodynamické rovnice pro vodivou kapalinu, zobecněný Ohmův zákon)
  • 9. Vodivost plazmatu a difúze (Langevinova rovnice a její linearizace, stejnosměrná vodivost a pohyblivost elektronů v případě izotropního plazmatu a za existence magnetického pole, střídavá vodivost a elektronová pohyblivost, plazma jako dielektrikum, difúze volných elektronů, difúze elektronů v magnetickém poli, ambipolární difúze)
  • 10. Některé základní jevy v plazmatu (elektronové plazmové oscilace, Debyeovské stínění, stěnová vrstva)
  • 11. Boltzmannův a Fokker-Planckův srážkový člen (odvození Boltzmannova srážkového členu, Boltzmannův srážkový člen ve slabě ionizovaném plazmatu, odvození Fokker-Planckova srážkového členu)
Literatura
  • BITTENCOURT, Jose Augusto. Fundamentals of plasma physics. 3rd ed. New York, N.Y.: Springer, 2004. xxiii, 678. ISBN 0387209751. info
Metody hodnocení
Na serveru is.muni.cz jsou zveřejněny podrobné "Základní organizační pokyny" (soubor v adresáři Organizační pokyny), které informují o průběhu výuky během semestru, očekávanému aktivním zapojení studentů a podmínkách získání zápočtu/připuštění ke zkoušce.
Stručně shrnuto: Během semestru se očekává aktivní zapojení studentů do řešení příkladů buď na cvičení nebo odevzdáváním vzorových řešení (druhá možnost platí pouze pro studenty, kteří se nemohou z vážných důvodů zúčastnit cvičení, např. studenti kombinovaného studia nebo studenti v zahraničí). Rovněž je nutné, aby studenti správně a v daném termínu zodpověděli znalostních testy na ISu, tzv. Odpovědníky. Po splnění všech požadavků bude studentovi udělen zápočet (v případě ukončení předmětu zápočtem) nebo bude připuštěn ke zkoušce. Pokud některý student nebude mít splněny všechny požadavky, dostane úkoly navíc.
Zkouška se skládá z písemné a ústní části. V písemné části student prokáže schopnost samostatně řešit příklady související s probíranou látkou.
Navazující předměty
Informace učitele
Předmět se za normálních okolností skládá z přednášky (2 vyučovací hodiny) a cvičení (1 vyučovací hodina). První vyučovací týden je však 1 hodina cvičení nahrazena přednáškou. Během semestru je možné, že v předem nahlášeném termínu dojde k nahrazení přednášky cvičením. Materiály k předmětu jsou dostupné v adresáři Studijní materiály předmětu PřF:F5170 na is.muni.cz. Poznámky k přednáškám, příklady do cvičení i internetové znalostní testy budou také přehledně zpřístupňovány podle vyučovacích hodin na is.muni.cz pomocí Interaktivní osnovy. Pro studenty kombinovaného studia budou po dohodě a s ohledem na jejich zájem organizovány speciální konzultace k návodům ke cvičení a obsahu přednášky. Tito studenti mají nárok na minimálně čtyři konzultace.
Další komentáře
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, podzim 1999, podzim 2010 - akreditace, podzim 2000, podzim 2001, podzim 2002, podzim 2003, podzim 2004, podzim 2005, podzim 2006, podzim 2007, podzim 2009, podzim 2010, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, jaro 2012 - akreditace, podzim 2012, podzim 2013, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2016, podzim 2017, podzim 2018, podzim 2019.