Magnetohydrodynamische Phänomene - eine Einführung
Magnetohydrodynamic Phenomena - an Introduction
Modul PH2037
Modulversion vom WS 2022/3 (aktuell)
Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.
Ob die Lehrveranstaltungen des Moduls in einem spezifischen Semester angeboten werden, finden Sie im Abschnitt Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise unten.
| verfügbare Modulversionen | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| WS 2022/3 | WS 2021/2 | WS 2019/20 | WS 2017/8 | WS 2016/7 | WS 2010/1 |
Basisdaten
PH2037 ist ein Semestermodul in Deutsch oder Englisch auf Master-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.
Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.
- Spezifischer Spezialfachkatalog Kern-, Teilchen- und Astrophysik
- Spezifischer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics
- Komplementärer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie
- Komplementärer Spezialfachkatalog Biophysik
Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.
| Gesamtaufwand | Präsenzveranstaltungen | Umfang (ECTS) |
|---|---|---|
| 150 h | 30 h | 5 CP |
Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2037 ist Klaus Hallatschek.
Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen
Inhalt
Die wichtigsten und anschaulichsten Phänomene der idealen Flüssigkeitsdynamik, Magnetohydrodynamik und Plasmaphysik werden möglichst unter Vermeidung formelmäßiger Ableitungen anhand illustrativer Beispiele und einiger Demonstrationsexperimente erklärt. Diskutierte Themenkreise sind beispielhaft die Magnetfelder im Sonnensystem, der Dynamoeffekt in der Sonne und der Plasmaeinschluss in der kontrollierten Kernfusion. Über die Plasmaphysik und Astrophysik hinaus werden die notwendigen Grundlagen der Fluidmechanik und Elektrodynamik diskutiert und rekapituliert:
- Sonnenwind
- Heliosphäre
- Dynamoeffekt
- magnetische Kräfte
- magnetische Levitation
- Plasmagleichgewichte
- Einzelteilchen- / kollektives Bild
- Instabilitäten
- Turbulenz
- turbulenze Konvektion
- Erhaltungssätze
- Turbulenzkaskaden
Lernergebnisse
Nach erfolgreicher Teilnahme an diesem Modul sind die Studierenden in der Lage:
- die Magnetohydrodynamischen (MHD) Gleichungen, deren wichtigste Folgerungen und deren Gültigkeitsbereich zu verstehen
- die Beziehung zwischen der Einzelteilchenbewegung und den MHD-Gleichungen zu erklären
- die Bedingungen für stabile magnetische Gleichgewichte für Plasmen zu diskutieren
- die MHD-Instabilitätsmechanismen zu beschreiben
- die Turbulenz und den turbulenten Transport in instabilen MHD-Plasmen zu verstehen zu verstehen
Voraussetzungen
Keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen.
Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise
Lehrveranstaltungen und Termine
| Art | SWS | Titel | Dozent(en) | Termine | Links |
|---|---|---|---|---|---|
| VO | 2 | Magnetohydrodynamic Phenomena - an Introduction | Hallatschek, K. |
Mi, 10:15–11:45, PH II 227 |
eLearning |
Lern- und Lehrmethoden
In der thematisch strukturierten Vorlesung werden die Lerninhalte präsentiert, dabei werden insbesondere mit Querverweisen zwischen verschiedenen Themen die universellen Konzepte der Physik aufgezeigt. In wissenschaftlichen Diskussionen werden die Studierenden mit einbezogen und das eigene analytisch-physikalische Denkvermögen gefördert.
In Übungsaufgaben werden anhand von Problembeispielen und (Rechen-)Aufgaben die Lerninhalte vertieft und eingeübt, sodass die Studierenden das Gelernte selbständig erklären und anwenden können.
Zur Motivation und Visualisierung werden in den Vorlesungen Demonstrationsexperimente vorgeführt.
Medienformen
Folien, Tafelarbeit, Übungsaufgaben, Fragenkatalog, Filme etc.
Literatur
- F.F. Chen: Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, Springer, (2016)
- R.J. Goldston & P.H. Rutherford: Plasmaphysik. Eine Einführung, Springer Vieweg, (1998)
- J. Wesson: Tokamaks, Oxford University Press, (1997)
- U. Frisch: Turbulence: The Legacy of A.N. Kolmogorov, Cambridge University Press, (2010)
- R.D. Hazeltine: The Framework of Plasma Physics, Westview Press, (2004)
- D. Biskamp: Nonlinear Magnetohydrodynamics, Cambridge University Press, (1997)
- E.M. Lifshitz, L.P. Pitaevskii, L.D. Landau: Physical Kinetics: Volume 10, Butterworth-Heinemann, (1981)
Modulprüfung
Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen
Es findet eine mündliche Prüfung von 25 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen und Beispielrechnungen überprüft.
Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:
- Beschreiben Sie den Aufbau des Sonnenmagnetfeldes in der Heliosphäre.
- Welche magnetohydrodynamischen (MDH) Instabilitätsmechanismen kennen Sie?
- Wie schnell wächst die Rayleigh-Taylor-Instabilität?
- Unter welchen Bedingungen können stabile magnetische Gleichgewichte für Plasmen existieren?
Wiederholbarkeit
Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.