Программа учебной дисциплины «Электродинамика плазмы» Специальности 071500, 013900 (СД. В. 02)
| Вид материала | Программа |
- Программа учебной дисциплины «Теория сигналов» Специальности 071500, 013900 (СД. 05), 82.24kb.
- Программа учебной дисциплины «Теория линейных систем» Специальности 071500, 013900, 64.99kb.
- Программа учебной дисциплины «автоматизация физического эксперимента» Специальности, 92.84kb.
- Программа учебной дисциплины сд. Р. 05 «Распространение радиоволн» Специальности 071500,, 77.47kb.
- Программа учебной дисциплины «Распространение электромагнитных волн в плазме» Специальности, 82.76kb.
- Программа учебной дисциплины «Физические основы радиоэлектроники» (Преобразование, 74.97kb.
- Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 01. 02. 05 «Механика жидкостей,, 69.43kb.
- Программа учебной дисциплины «Нелинейные колебания и волны» Специальность 013900 (СД., 114.19kb.
- Программа дисциплины дн. Ф. 02 Электродинамика направления 010700 «Физика» Форма обучения:, 110.54kb.
- Программа учебной дисциплины "Классические задачи теории дифракции" Специальность 013900,, 66.46kb.
Министерство образования Российской Федерации
Санкт - Петербургский государственный университет
Физический факультет
| Рассмотрено и рекомендовано на заседании кафедры радиофизики | УТВЕРЖДАЮ декан факультета ________________ А.С. Чирцов |
| Протокол от 18. 11. 2003 № 10 Заведующий кафедрой _____________________Н.Н.Зернов | |
ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Электродинамика плазмы»
Специальности 071500, 013900 (СД.В.02)
Магистерская программа 510419/16 (СДМ.05)
Разработчик:
профессор, канд.физ.-мат.наук _________________ В.В.Новиков
Рецензент:
профессор, докт.физ.-мат.наук _________________ В.А. Павлов
Санкт - Петербург - 2003 г.
1. Организационно-методический раздел
1.1. Цель изучения дисциплины: Ознакомление студентов с кинетической теорией описания электрических свойств плазмы и волновых процессов в ней.
1.2. Задачи курса: Изучение влияния тепловых эффектов на тензор диэлектрической проницаемости плазмы и процессы распространения электромагнитных волн.
1.3. Место курса в профессиональной подготовке выпускника:
Дисциплина «Электродинамика плазмы» является базовой в подготовке профессионального радиофизика. В ней излагаются основные классические результаты теории волновых процессов в плазме при учете пространственной дисперсии.
1.4. Требования к уровню освоения дисциплины «Электродинамика плазмы»:
- знать содержание дисциплины «Электродинамика плазмы»;
- иметь представление о границах применимости элементарной теории холодной плазмы и о влиянии тепловых эффектов на волновые процессы.
2. Объем дисциплины, виды учебной работы, форма текущего, промежуточного и итогового контроля
-
Всего аудиторных занятий
54 часа для специалистов
48 часов для магистрантов
из них: - лекций
54 часа для специалистов
48 часов для магистрантов
- практические занятия
-
Самостоятельная работа студента (курсовой работы по дисциплине нет)
30 часов для специалистов
31 час для магистрантов
Итого (трудоемкость дисциплины)
84 часа для специалистов
79 часов для магистрантов
Изучение дисциплины по семестрам:
9 семестр: лекции - 54 часа для специалистов
48 часов для магистрантов
Экзамен;
3. Содержание дисциплины
3.1. Темы дисциплин, их краткое содержание и виды занятий
I. Вводная часть ( 6 ч. лекций)
Плазма и ее основные параметры.
Уравнения Максвелла для микроскопических электромагнитных полей. Средние (макро) поля. Уравнения электродинамики сплошной среды.
II. Основы линейной электродинамики плазмы с временной и пространственной дисперсией. (16 ч. лекций)
Обобщенный закон Ома в линейной электродинамике. Функция влияния. Временная и пространственная дисперсия. Время релаксации и радиус корреляции. О возможности пренебрежения временной и пространственной дисперсией.
Обобщенный закон Ома в однородной стационарной среде. Спектральные представления электромагнитных полей и индуцированных токов. Закон Ома для пространственно-временных спектральных компонент. Тензор комплексной проводимости и комплексной относительной диэлектрической проницаемости. Общий вид тензоров для изотропной плазмы.
Электромагнитные поля в однородной стационарной магнитоактивной плазме. Решение задачи для пространственно-временных спектральных компонент. Вычисление интеграла Фурье для полей. Дисперсионное уравнение и дисперсионные соотношения. Собственные колебания плазмы и их частоты. Характеристические плоские волны. Волновые векторы характеристических волн, фазовая скорость и поглощение этих волн. Групповая скорость квазимонохроматического волнового пакета. Дисперсионные уравнения для поперечных и продольных волн в изотропной плазме. Предельный переход к холодной плазме при пренебрежении пространственной дисперсией.
III. Кинетическое описание электрических свойств слабоионизированной плазмы.
Построение приближенного решения уравнения для функции распределения электронов с помощью разложения функции распределения и интеграла соударений в ряд по сферическим гармоникам в пространстве скоростей. Тензор комплексной диэлектрической проницаемости магнитоактивной плазмы при учете распределения электронов по скоростям. Обобщенная магнитоионная теория. Переход к элементарной теории холодной плазмы. Эффективная частота соударений электрона с нейтральными частицами.
IV. Кинетическое описание электрических свойств однородной бесстолкновительной плазмы и волновых процессов в ней при учете пространственной дисперсии.
( 8 ч. лекций для магистрантов и 14 ч. лекций для специалистов)
Кинетическое уравнение Власова и его решение в линейном приближении для изотропной плазмы. Тензор комплексной диэлектрической проницаемости нагретой изотропной плазмы. Дисперсионные уравнения для поперечных и продольных волн. Затухание Ландау. Анализ решений дисперсионных уравнений в различных частотных диапазонах. Поперечные высокочастотные и низкочастотные характеристические волны. Аномальный скин-эффект. Высокочастотные продольные волны. Низкочастотная ветвь продольных волн. Ионный звук и его затухание.
Спектр собственных частот поперечных и продольных колебаний изотропной плазмы.
3.2. Лабораторный практикум
Раздел 3.2 в данной программе отсутствует.
3.3. Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для самостоятельной работы
Тема I.
- Микро- и макроскопические электромагнитные поля;
- Различные формы уравнений электродинамики сплошной среды;
Тема II.
- Временная дисперсия. Время релаксации;
- Пространственная дисперсия. Радиус корреляции;
- Дисперсионное уравнение и дисперсионные соотношения;
- Пренебрежение пространственной дисперсией;
Тема III.
- Кинетическое уравнение Баль… и его использование для описания электрических свойств слабоионизированной плазмы;
- Эффективная частота соударений электрона с нейтральными частицами;
Тема IV.
- Кинетическое уравнение Власова;
- Затухание Ландау;
- Ионный звук;
- Темы курсовых работ
Раздел 3.4 в данной программе отсутствует.
3.5. Темы рефератов
Раздел 3.5 в данной программе отсутствует.
3.6. Примерный перечень вопросов к экзамену по всему курсу
- Обобщенный закон Ома в линейной электродинамике. Временная и пространственная дисперсия. Время релаксации и радиус корреляции.
- Обобщенный закон Ома для однородной стационарной среды. Закон Ома для пространственно-временных спектральных гармоник. Тензор комплексной проводимости и комплексной диэлектрической проницаемости.
- Общий вид тензора комплексной проводимости и комплексной диэлектрической проницаемости для изотропной плазмы.
- Электромагнитные поля в однородной стационарной магнитоактивной плазме. Решение задачи для пространственно-временных гармоник. Дисперсионное уравнение.
- Собственные колебания плазмы и их частоты.
- Характеристические волны в плазме. Волновые вектора характеристических волн, их фазовая скорость и затухание. Групповая скорость волнового пакета.
- Поперечные и продольные волны в однородной стационарной изотропной плазме. Дисперсионные уравнения для них. Фазовая и групповая скорости.
- Кинетический подход к описанию свойств слабоионизированной плазмы. Приближенное выражение для функции распределения электронов при пренебрежении пространственной дисперсией.
- Тензор комплексной диэлектрической проницаемости магнитоактивной плазмы при учете распределения электронов по скоростям.
- Переход к элементарной теории холодной плазмы. Эффективная частота соударений электрона с нейтральными частицами.
- Кинетическое уравнение Власова и его решение в линейном приближении для изотропной плазмы. Тензор комплексной диэлектрической проницаемости нагретой изотропной плазмы. Затухание Ландау.
- Дисперсионные уравнения для поперечных и продольных волн в изотропной нагретой бесстолкновительной плазме.
- Анализ решений дисперсионных уравнений в различных частотных диапазонах. Высокочастотные и низкочастотные поперечные характеристические волны. Аномальный скин-эффект. Высокочастотные продольные волны. Ионный звук.
- Спектр собственных частот поперечных и продольных колебаний изотропной плазмы.
4. Учебно-методическое обеспечение курса
4.1. Активные методы обучения
В данном курсе используются классические аудиторные методы и самостоятельная работа студентов по освоению кинетического подхода к описанию волновых процессов в плазме.
4.2. Литература
- Основная
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред.- М.: Гостехиздат,1957.
- Александров А.Ф. и др. Основы электродинамики плазмы. – М.: Высшая школа, 1978.
- Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. – М.: Наука, 1967
4.2.2. Дополнительная
- Ахиезер А.И. и др. Электродинамика плазмы. - М.: Наука, 1974.
- Шкаровский И. и др. Кинетика частиц плазмы. - М.: Атомиздат, 1969.
- Гинзбург В.Л., Рухадзе А.А. Волны в магнитоактивной плазме. – М.: Наука, 1975
- Чен Ф. Введение в физику плазмы. – М.: Мир, 1987.
При наличии по дисциплине курсовой работы, в разделе "Самостоятельная работа" указывается среднее, ориентировочное время, необходимое студенту на выполнение курсовой работы.