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Magnetohydrodynamische Phänomene - eine Einführung
Magnetohydrodynamic Phenomena - an Introduction

Modul PH2037

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 WS 2017/8 (aktuell)

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

verfügbare Modulversionen
WS 2017/8WS 2016/7WS 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.

  • 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 30 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2037 ist Klaus Hallatschek.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Einführung in die Magnetohydrodynamik

  1. 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 ist der/die Studierende in der Lage zu verstehen und zu erklären
1. die Magnetohydrodynamischen (MHD) Gleichungen sowie die wichtigsten Folgerungen und ihr Gültigkeitsbereich
2. die Beziehung zwischen der Einzelteilchenbewegung und den MHD-Gleichungen
3. die Bedingungen für stabile magnetische Gleichgewichte für Plasmen
4. die MHD-Instabilitätsmechanismen
5. die Turbulenz und den turbulenten Transport in instabilen MHD-Plasmen

Voraussetzungen

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

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

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 Demonstrationsexperimente vorgeführt.

Medienformen

Folien, Tafelarbeit, Übungsaufgaben, Fragenkatalog, Filme etc.

Literatur

- F. F. Chen: "Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion", Plenum Press, NY 1984
- R. J. Goldstone, P. H. Rutherford: "Introduction to Plasma Physics", IOP Publishing Ltd 1995
- Wesson: "Tokamaks"
- U. Frisch: "Turbulence''
- Hazeltine, Waelbroeck: "The Framework of Plasma Physics"
- Biskamp: "Nonlinear Magnetohydrodynamics''
- Landau Lifshitz X: "Physical Kinetics''

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine mündliche Prüfung von etwa 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:

  • Würden sie bitte den Aufbau des Sonnenmagnetfeld in der Heliosphäre beschreiben?
  • Wie schnell wächst die Rayleigh-Taylor-Instabilität?

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

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