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Plasmaphysik 2
Plasma Physics 2

Modul PH2036

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Modulversion vom SS 2018 (aktuell)

Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.

verfügbare Modulversionen
SS 2018SS 2017SS 2014SS 2011

Basisdaten

PH2036 ist ein Semestermodul in Deutsch oder Englisch auf Master-Niveau das im Sommersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Allgemeiner Spezialfachkatalog Physik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Kern-, Teilchen- und Astrophysik

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h 60 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2036 ist Ulrich Stroth.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Dieses Modul gibt eine Einführung in die Plasmaphysik. Dabei werden neben den Grundlagen der Plasmaphysik auch technische Anwendungen und ihr Vorkommen in der Natur vorgestellt. In Teil 2 werden elektrostatische und magnetische Wellen in Plasmen eingehend behandelt. Es wird auf ihren vielfältigen Einsatz zur Diagnostik und Heizung von Plasmen eingegangen und nichtlineare Effekte, wie Schockfronten und Solitonen studiert. Basierend auf einer Einführung in die Grundlagen der kinetischen Theorie werden die Flüssigkeitsgleichungen hergeleitet und weitere Anwendungen diskutiert, wie Transportprozesse, das Konzept von Stoßzeiten und die Entstehung von ambipolaren elektrischen Feldern.

Lernergebnisse

Nach erfolgreicher Teilnahme an diesem Modul ist der/die Studierende in der Lage

  1. die Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen in Plasmen zu erklären sowie die wichtigsten Anwendungen als Plasmadiagnostik oder –heizung zu erläutern,
  2. den Einfluss von Nichtlinearitäten auf die Plasmadynamik zu erklären,
  3. die Stoßprozesse zwischen den Plasmateilchen zu erklären und die Parameterabhängigkeit der Stoßzeiten zu erläutern,
  4. die verschiedenen theoretischen Zugänge zur Plasmaphysik zu erklären und ihre jeweiligen Anwendungsgrenzen zu verstehen,
  5. das Konzept von ambipolaren elektrischen Feldern und des ambipolaren Transports zu beschreiben.

Voraussetzungen

Keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 2 Plasma Physics 2 Stroth, U. Do, 10:00–12:00, PH HS2
UE 2 Exercise to Plasma Physics 2 Birkenmeier, G.
Leitung/Koordination: Stroth, U.
Termine in Gruppen

Lern- und Lehrmethoden

In der Vorlesung werden die Inhalte durch Vortrag und Tafelanschrieb der theoretischen Grundlagen und deren experimentellen Umsetzungen erläutert. Anschauliche Beispiele und Anwendungen der beschriebenen Themen werden in Beamerpräsentation erklärt. Es werden insbesondere mit Querverweisen zwischen verschiedenen Themen die universellen Konzepte der Plasmaphysik aufgezeigt. Hoher Wert wird auf die Anregung interaktiver Diskussion mit den Studierenden über das gerade Erlernte gelegt. Die Vorlesungsunterlagen enthalten Hyperlinks auf die Originalarbeiten, die den Einstieg in die eigenständige Literaturrecherche fördern sollen. Die Studierenden werden ermuntert, die in der Vorlesung erläuterten Themen durch derartige Recherche selbständig zu vertiefen. 

In der Übung werden anhand von Problembeispielen und state-of-the-art Analyseprogrammen die Lerninhalte vertieft und eingeübt, sodass die Studierenden das Gelernte selbständig erklären und anwenden können.

Medienformen

Vortrag,  Beamerpräsentation, Tafelarbeit, Übungsblätter, Übungen in Einzel- und Gruppenarbeit, Diskussion, begleitende Internetseite, ergänzende Literatur

Literatur

  • U. Stroth, Plasmaphysik, Phänomene, Grundlagen, Anwendungen, Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg 2018.
  • R. J. Goldston, P. H. Rutherford, "Plasmaphysik. Eine Einführung", Vieweg 1998, ISBN: 3-528-06884-1.
  • T. J. M. Boyd and J. J. Sanderson, "The Physics of Plasmas", Cambridge University Press 2003, ISBN: 0 521 459125.
  • F. F. Chen, "Plasma Physics and Controlled Fusion", Plenum Press, 1990, ISBN: 0-306-41332-9.
  • T.H. Stix, "Waves in Plasmas", AIP, 1992, ISBN: 0-88318-859-7

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine mündliche Prüfung von etwa 20 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen, Diskussionen anhand von Skizzen und einfachen Formeln überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Skizzieren und erläutern Sie die Dispersionsrelationen von Wellen im magnetisierten Plasma.
  • Beschreiben Sie Anwendungen von elektromagnetischen Wellen in der Plasmaphysik.
  • Schreiben Sie die Boltzmann-Gleichung nieder und erläutern Sie die Terme.
  • Wie kommt es zur ambipolaren Diffusion in Plasmen?


    Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.

    Wiederholbarkeit

    Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

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