1

Vicerrectorado de Ordenacin

Acadmica y Nuevas Titulaciones

Gua docente

1. Identificacin de la asignatura

NOMBRE Cintica de Fluidos y Plasmas CDIGO

TITULACIN Fsica CENTRO Facultad de Ciencias

TIPO Optativa N TOTAL DE CRDITOS 6

PERIODO Semestral IDIOMA Castellano - Alguna documentacin en ingls COORDINADOR/ES

TELFONO /EMAIL UBICACIN

Lysiane Mornas 985 10 2885 mornas@uniovi.es

Facultad de Ciencias de la Educacin, Despacho 323

PROFESORADO TELFONO /EMAIL UBICACIN

Lysiane Mornas 985 10 2885 mornas@uniovi.es

Facultad de Ciencias de la Educacin, Despacho 323

2. Contextualizacin (en el caso de asignaturas compartidas se contextualizar, si existen diferencias, para cada una de las titulaciones donde se comparte).

Esta asignatura pertenece a la materia Termodinmica y Fsica Estadstica.

Es asimismo til para aprovechar plenamente muchos aspectos de las asignaturas que forman el bloque Estructura de la Materia.

Se pretende proporcionar a los alumnos una visin global de los sistemas fuera de equilibrio as como unas herramientas tericas bsicas para tratarlos. Nos limitaremos a un tratamiento clsico aunque se indicar brevemente cuando se deben considerar efectos cunticos o relativistas y cuales son las pautas a seguir para realizar estas ampliaciones. Partiendo de un objeto central de la fsica estadstica, la funcin de distribucin en el espacio de fases, se escribe una ecuacin de evolucin que tiene como solucin particular la distribucin de Maxwell-Boltzmann en el equilibrio. Bajo ciertas aproximaciones y aplicando las leyes de conservacin (momento, energa..) veremos como se llegan a ecuaciones de evolucin macroscpicas: hidrodinmica de Navier-Stokes, leyes de Fick y de Fourier. Se calcularn los coeficientes de transporte (conductividad trmica, viscosidad ) en un modelo sencillo.

En una segunda parte de la asignatura se dar una introduccin a las principales propiedades de las plasmas. Los plasmas son un estado muy excitado de la materia, tpicamente obtenido cuando se le aporta una energa suficiente para ionizar sus tomos. Unas de sus principales caractersticas es que el efecto de las fuerzas de largo alcance supera al de las colisiones para alcanzar el equilibrio (rgimen colectivo / rgimen colisional). Se estima que los plasmas forman ms del 99% de la materia en el universo. Asimismo, su papel es ubicuo en las reas ms activas del desarrollo tecnolgico.

2

Vicerrectorado de Ordenacin

Acadmica y Nuevas Titulaciones

Finalmente, se dedicar una amplia parte de la asignatura a examinar aplicaciones tanto conceptuales a otras ramas de la fsica (astrofsica, materia condensada) como tecnolgicas (fusin termonuclear, preparacin de materiales de alta tecnologa y tcnicas de anlisis no intrusivas)

3. Requisitos (en el caso de asignaturas compartidas, si existen diferencias, se sealarn los mismos para cada una de las titulaciones donde se comparte).

Se recomienda haber cursado Fsica Estadstica y Electromagnetismo

4. Competencias y resultados de aprendizaje (en el caso de asignaturas compartidas, si existen diferencias, se sealarn los mismos para cada una de las titulaciones donde se comparte).

Se espera que durante el desarrollo de esta asignatura el estudiante adquiera las competencias transversales de capacidad de anlisis y sntesis (CT1), capacidad de organizacin y planificacin (CT2), comunicacin oral y escrita (CT3), resolucin de problemas (CT6), razonamiento crtico (CT8), aprendizaje autnomo (CT9), fomentando su creatividad (CT10) e iniciativa (CT11). Las competencias especficas incluirn no solo el conocimiento y comprensin de los fenmenos y de las teoras fsicas ms importantes (CE1) y la capacidad de estimar rdenes de magnitud para interpretar fenmenos diversos (CE2), sino tambin, mediante la aplicacin de conocimientos matemticos bsicos adquiridos en los cursos anteriores, la capacidad de modelado de fenmenos complejos, trasladando un problema fsico al lenguaje matemtico (CE5). Finalmente, la exposicin de un trabajo permitir comprobar la capacidad de transmitir conocimientos de forma clara tanto en mbitos docentes como no docentes (CE7).

Estas competencias estn asociadas a los siguientes resultados de aprendizaje:

- Adquirir tcnicas para tratar los sistemas fuera de equilibrio - Obtener los coeficientes de transporte a partir de modelos microscpicos sencillos - Adquirir nociones bsicas de fsica de plasmas, de los efectos colectivos y colisionales - Comprender las interrelaciones que existen entre varias asignaturas

5. Contenidos.

Bloque 1: Sistemas fuera de equilibrio

- Teora cintica (Espacio de fases y funcin de distribucin. Ecuacin de Liouville. Ecuacin de Boltzmann. Teorema H.) - Lmite hidrodinmico (Escalas de tiempo, distancia, energa. Relaciones de conservacin. Ecuaciones de Euler y de Navier-Stokes) - Coeficientes de transporte (Respuesta lineal. Aproximacin del tiempo de relajacin. Coeficientes de transporte (viscosidad, conductividad trmica / elctrica, difusin). Relaciones de Onsager. Teorema fluctuaciones-disipacin)

3

Vicerrectorado de Ordenacin

Acadmica y Nuevas Titulaciones

Bloque 2: Plasmas

- Introduccin a la fsica de plasmas (Ejemplos de plasmas. Longitud de Debye. Ecuacin de Saha. Rgimen colectivo vs. colisional) - Propagacin de ondas (Plasmas fros o calientes, magnetizados o no. Amortiguamiento de Landau. Inestabilidades) - Magnetohidrodinmica

Bloque 3: Algunas aplicaciones

- Aplicaciones industriales y alta tecnologa (descargas elctricas, tratamientos de superficie, anlisis no invasivo de materiales ...) - conductividad y resistividad de materiales - Fusin termonuclear (ITER), plasma quark-glun - Fluidos y plasmas astrofsicos (medio interestelar, fsica del sol, acceleracin de rayos csmicos, pulsares, AGNs ...)

6. Metodologa y plan de trabajo.

El temario de los Bloques 1 y 2 y una introduccin a los temas del Bloque 3 se presentarn en las clases expositivas. Se usarn presentaciones por ordenador para las exponer las ideas directrices y se detallarn algunos clculos en la pizarra. Los ficheros de las presentaciones por ordenador se pondrn a disposicin del alumnado en el Campus Virtual.

Las prcticas de aula estarn dedicadas a la exposicin de trabajos que profundizarn en unos de los temas propuestos en el marco del bloque 3. Adems, se realizarn a lo largo del ao en las PAs varias micro-pruebas (15-20 min) de los conocimientos adquiridos en las clases expositivas.

Las tutoras grupales estarn dedicadas a la aclaracin de dudas sobre el temario y a presentar la solucin a unos ejercicios sencillos que los alumnos habrn entregado con antelacin.

El volumen de trabajo que se estima necesario para alcanzar los objetivos marcados se recoge en las siguientes tablas:

MODALIDADES Horas % Totales Clases expositivas 38 25.3 Prctica de aula / Seminarios / Talleres 14 9.3 Tutoras grupales 4 2.7

Presencial

Sesiones de evaluacin 4 2.7

40%

Trabajo en grupo 15 10 No presencial

Trabajo Individual 75 50 60%

Total 150

4

Vicerrectorado de Ordenacin

Acadmica y Nuevas Titulaciones

Temas

Ho

ras

tota

les

Cla

ses

Expo

sitiv

as

Prc

ticas

de

a

ula

/Sem

ina

rios/

Ta

llere

s

Tuto

ras

gru

pale

s

Sesi

one

s de

Ev

alu

aci

n

Tota

l

Tra

bajo

grupo

Tra

bajo

aut

nom

o

Tota

l

Bloque 1: Sistemas fuera de equilibrio 54 20 2 2 - 24 5 25 30 Bloque 2: Introduccin a la fsica de plasmas 36 12 2 2 - 16 3 17 20

Bloque 3: Aplicaciones 56 6 10 0 - 16 7 33 40

Examen 4 - - - 4 4 - - -

Total 150 38 14 4 4 60 15 75 90

7. Evaluacin del aprendizaje de los estudiantes.

Convocatorias ordinarias: La evaluacin se realizar principalmente mediante la realizacin de un trabajo (65% de la nota). Los estudiantes escogern un tema entre los propuestos en el bloque 3 de aplicaciones Redactarn una memoria de unas 20-25 pginas y expondrn los puntos salientes en una exposicin oral de 15-20 minutos en las horas dedicadas a prcticas de aula. Se pide obtener una nota mnima de 5 en el trabajo para aprobar la asignatura. Adems, un 35% de la nota final corresponder a la evaluacin continua mediante ejercicios entregados antes de cada sesin de tutora grupal y unos 4 o 5 micro-exmenes (15-20 minutos) con preguntas tericas bsicas a lo largo del curso en las horas de prcticas de aula. Se necesitar obtener una nota mnima de 4 en la parte de evaluacin continua para aprobar la asignatura.

Convocatorias extraordinarias: Como en las convocatorias ordinarias, se pide la realizacin de una memoria sobre un tema entre los propuestos y su defensa en una exposicin oral. Se pide obtener una nota mnima de 5 en el trabajo. Se puede conservar la nota de evaluacin continua obtenida a lo largo del ao. Los alumnos que no hayan realizado o superado la evaluacin continua debern superar una prueba escrita y obtener una nota mnima de 4 para aprobar la asignatura.

Repetidores: Los repetidores pueden conservar la nota de evaluacin continua obtenida con ejercicios y micro-exmenes durante un ao, pero no el trabajo ni la prueba escrita sustitutiva a la evaluacin continua.

5

Vicerrectorado de Ordenacin

Acadmica y Nuevas Titulaciones

8. Recursos, bibliografa y documentacin complementaria.

Bibliografa bsica:

- F. Reif: Fundamentals of statistical and thermal physics, McGraw Hill (1965) Captulos 12,13,14 - L.E. Reichl: A modern course in statistical physics, Wiley (1998) 2 edicin Captulos 6,10,11 - K. Huang, Statistical mechanics, Wiley (1987) 2 edicin Captulos 3,4,5 - F.F. Chen: Introduction to plasma physics and controlled fusion, Plenum Press (1984) - D. A. Gurnett, A. Bhattacharjee: Introduction to plasma physics: with space and laboratory applications, Cambridge University Press (2005)

Bibliografa complementaria:

- R. Balescu: Statistical dynamics. Matter out of equilibrium, Imperial College Press (1997) - E.M. Lifshitz, L.P. Pitaevskii: "Physical kinetics", Pergamon Press (1981) (=Vol. 10 de D. Landau, E.M. Lifshitz "Course of theoretical physics") - R.L. Liboff: Kinetic Theory, Springer (2003) 3a edicin - R.J. Goldston, P.H. Rutherford, Introduction to plasma physics, Taylor&Francis (1995) - S. Ichimaru: Basic principles of plasma physics: A statistical approach, Benjamin (1973)

Los apuntes de clase as como material docente adicional estarn puestos a disposicin de los alumnos en el campus virtual http://www.campusvirtual.uniovi.es/