F7241 Fyzika plazmatu 1

Přírodovědecká fakulta
podzim 2021
Rozsah
2/1/0. 2 kr. (plus ukončení). Ukončení: zk.
Vyučující
doc. Mgr. Lenka Zajíčková, Ph.D. (přednášející)
Garance
doc. Mgr. Lenka Zajíčková, Ph.D.
Ústav fyziky a technologií plazmatu – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: doc. Mgr. Lenka Zajíčková, Ph.D.
Dodavatelské pracoviště: Ústav fyziky a technologií plazmatu – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Pá 8:00–9:50 F1 6/1014, Pá 12:00–12:50 F1 6/1014
Předpoklady
Nezbytným předpokladem jsou znalosti ze základních kurzů fyziky: Elektřina a magnetismus, Úvod do fyziky mikrosvěta, Termodynamika a statistická fyzika. Pochopení látky významně ulehčí i znalosti z dalších kurzů fyziky: Úvod do fyziky plazmatu, Teoretická mechanika - hydrodynamika.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
Cíle předmětu
Přednáška rozšiřuje znalosti základního kurzu F5170 Úvod do fyziky plazmatu a je zaměřena na studenty, kteří mají hlubší zájem o fyziku plazmatu. Studenti získají detailnější informace o Boltzmannově kinetické rovnici zahrnující i interakce a makroskopickém popisu nízkoteplotního laboratorního plazmatu a plazmatu fúze. Důraz je kladen na porozumnění procesům v nízkoteplotním laboratorním plazmatu jako difuze, vodivost, šíření elektromagnetických vln a jevy ve stěnové vrstvě.
Výstupy z učení
Na konci tohoto kurzu bude student schopen: diskutovat základní veličiny charakterizujících plazma; napsat Boltzmannovu kinetickou rovnici včetně srážkového členu; navrhnout její analytické řešení v případě vhodných zanedbání; vyjádřit více typů rozdělovací funkce elektronů a vysvětlit k jakým případům se vztahují; napsat a vysvětlit makroskopické transportní rovnice pro jeden typ nabitých částic; zavést u těchto rovnic vhodná zjednodušení platná pro laboratorní nízkotlaké výboje; napsat magnetohydrodynamické rovnice pro fúzní plazma včetně vysvětlení vhodných zanedbání; popsat principy šíření elektromagnetických vln v plazmatu; popsat procesy difuze a transportu v nízkoteplotním plazmatu; vysvětlit jevy ve stěnové vrstvě; vysvětlit předpoklady a výsledky jednoduchého modelu vysokofrekvenčního kapacitního výboje.
Osnova
  • Kurz je rozčleněn do 8 témat:
  • 1. Opakování základních pojmů, souhrn různých druhů plazmatu včetně el. výbojů v plynech, souhrn srážkových procesů v plazmatu
  • 2. Kinetická teorie plazmatu, rovnovážný stav, srážková Boltzmannova kinetická rovnice a její analytické řešení pro elastické srážky elektronů s neutrály, různé typy rozdělení
  • 3. Makroskopické rovnice popisující nízkoteplotní plazma elektrických výbojů v plynech
  • 4. Magnetohydrodynamické rovnice popisující fúzní plazma
  • 5. Dynamika nízkoteplotního plazmatu, dielektrická konstanta a vodivost, šíření vln v plazmatu
  • 6. Difuze a transport v nízkoteplotním plazmatu
  • 7. Stejnosměrná stěnová vrstva
  • 8. Jednoduchý model vysokofrekvenčního kapacitního výboje
Literatura
  • GOLDSTON, Robert J. a Paul H. RUTHERFORD. Introduction to plasma physics. Bristol: Institute of Physics Publishing, 1995, xvii, 491. ISBN 0-7503-0183-X. info
  • LIEBERMAN, M. A. a Allan J. LICHTENBERG. Principles of plasma discharges and materials processing. New York: John Wiley & Sons, 1994, xxvi, 572. ISBN 0471005770. info
  • DRAWIN, Hans-Werner a Paul FELENBOK. Data for plasmas in local thermodynamic equilibrium. Paris: Gauthier-Villars, 1965, 503 s. info
Výukové metody
Kurz se skládá z přednášek vysvětlujících teorii všech probíraných témat a teoretického cvičení. Studenti jsou během přednášek dotazování na znalosti základních pojmů, podněcováni k diskuzi a samostudiu vybrané látky. Ve cvičení si studenti zopakují a rozšíří znalosti matematického aparátu souvisejícího s fyzikou plazmatu pomocí samostatného řešení zadaných úloh. V důsledku epidemiologických nařízení se v podzimním semestru 2020 bude přednáška i cvičení konat on-line až na předem oznámené výjimky.
Metody hodnocení
Kurz je typicky ukončen zkouškou (ve volitelné variantě může být ukončen i kolokviem), která se skládá z písemné a ústní části. V písemné části student prokáže schopnost odpovědět na základní otázky pokrývající rozsah kurzu a vyřešit zadané příklady. Během ústní části musí student prokázat podrobnější znalost probíraných témat. Pro připuštění ke zkoušce nebo kolokviu musí student prokázat základní znalosti úspěšným zodpovězením elektronických Odpovědníků na https://is.muni.cz, které testují základní znalosti předmětu, a demonstrovat řešení přidělených příkladů během teoretického cvičení.
Navazující předměty
Informace učitele
Materiály k předmětu jsou dostupné v adresáři Studijní materiály předmětu na https:\\is.muni.cz. Studenti kombinovaného studia mohou požádat o konzultace obsahu přednášky. Přednáška může být vedena i v angličtině.
Další komentáře
Studijní materiály
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 2008, 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, podzim 2020, podzim 2022, podzim 2023, podzim 2024.