Topic outline
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Sabe-se que a maior parte de nosso universo encontra-se no estado de plasma, isto é, na forma de um gás ionizado cujos átomos estão dissociados em íons positivos e elétrons. A física de plasmas é a área do conhecimento que estuda o comportamento de tais gases ionizados. Os primeiros trabalhos de pesquisa em física de plasmas começaram com Irving Langmuir (prêmio Nobel de 1932) na década de 1920. A física de plasmas moderna, no entanto, teve seu início por volta de 1952, quando foi proposto pela primeira vez que as reações de fusão nuclear produzidas durante a explosão de uma bomba de hidrogênio poderiam ser controladas para produzir energia num reator. Desde então, a pesquisa em física de plasmas tem avançado significativamente, e tal avanço tem sido fundamental para o desenvolvimento da fusão termonuclear controlada como uma nova fonte de energia em potencial.
Neste curso serão introduzidos conceitos básicos da física de plasmas, bem como os modelos físicos mais utilizados para descrever o comportamento de plasmas naturais e artificiais, notadamente a teoria de órbitas de partículas, a teoria cinética de plasmas e os vários modelos de fluido eletricamente condutor, dentre os quais destaca-se a magnetohidrodinâmica. Diferentes fenômenos de plasmas serão estudados usando os modelos físicos mencionados acima, como, por exemplo, as famosas ondas de Alfvén, descobertas pelo físico sueco Hannes Alfvén (prêmio Nobel de 1970), e os chamados espelhos magnéticos, que deram origem às primeiras máquinas de confinamento magnético de plasmas termonucleares.
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Dias e Horários das Aulas
As aulas são ministradas de forma presencial:- Segundas-Feiras: das 21h00 às 23h00
- Quartas-Feiras: das 19h00 as 21h00
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Bibliografia
Livro-texto do curso:
- Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, 3a Edição, F. F. Chen, Springer, 2016
Leitura complementar:
- Fundamentals of Plasma Physics, 3a Edição, J. A. Bittencourt, Springer, 2004
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Método de Avaliação
- A avaliação será baseada em 2 avaliações parciais: uma prova valendo 8 pontos em conjunto com uma lista de exercícios valendo 2 pontos e uma segunda prova valendo 5 pontos em conjunto com uma segunda lista de exercícios valendo 5 pontos
- A ausência em qualquer avaliação parcial implica em nota nula para aquela aquela
- Após as duas avaliações parciais, haverá uma prova substitutiva aberta cuja nota poderá substituir a menor nota dentre as notas das duas provas parciais
- A nota média será dada por \(M = [(L_1+P_1) + (L_2+P_2)]/2\), onde \(M \geqslant 5 \) significa Aprovado, \( 3 \leqslant M < 5 \) significa Recuperação, e \(M < 3\) significa Reprovado
- Após a prova substitutiva, haverá uma prova de recuperação para alunos com \( 3 \leqslant M < 5 \)
- Neste último caso, a nota final do semestre será dada por \(M_F=(M+P_{\mathrm{Rec}})/2\), onde \(M_F \geqslant 5\) significa Aprovado e \(M_F < 5\) significa Reprovado.
Provas: Datas e Conteúdo- Prova P\(_1\) (13/09): Introdução (Cap. 1); A teoria de órbitas de partículas (Cap. 2); O modelo de fluidos (Cap.3)
- Prova P\(_2\) (29/11): Ondas em plasmas (Cap. 4); Difusão e resistividade de plasmas (Cap. 5); Equilíbrio e estabilidade de plasmas (Cap. 6)
- Prova P\(_{\mathrm{Sub}}\) (06/12): Toda a matéria
- Prova P\(_{\mathrm{Rec}}\) (20/12): Toda a matéria
Plantão para Atendimento de Dúvidas (Monitoria)- Monitor: José Roberto Fernandes Junior
- E-mail: ojrfernandes@usp.br
- Dia/horário: Segundas-feiras, das 16h00 às 17h00, e quartas-feira, das 18h00 às 19h00
- Sala: 2024
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- 07/08: A ocorrência de plasmas na natureza; A definição de plasma; O conceito de temperature; A blindagem de Debye; O parâmetro de plasma; Os critérios de plasma; Aplicações da física de plasmas; A fusão termonuclear controlada; Tokamaks
- 07/08: A ocorrência de plasmas na natureza; A definição de plasma; O conceito de temperature; A blindagem de Debye; O parâmetro de plasma; Os critérios de plasma; Aplicações da física de plasmas; A fusão termonuclear controlada; Tokamaks
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- 09/08: Campos E e B uniformes
- 14/08: Campo B não-uniforme
- 16/08: Campo E não-uniforme; Campo E variante no tempo
- 21/08: Campo B variante no tempo; Invariantes adiabáticos
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- 23/08: Introdução; A relação entre a física de plasmas e o eletromagnetismo clássico
- 28/08: A equação de movimento de um fluido
- 30/08: A equação da continuidade; A equação de estado; O conjunto completo de equações de um fluido condutor
- 11/09: A deriva perpendicular a B; A deriva paralela a B; A aproximação de plasma
- 23/08: Introdução; A relação entre a física de plasmas e o eletromagnetismo clássico
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- 13/09: Prova P1
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- 18/09: A representação de ondas; Velocidade de grupo; Oscilações de plasma; Ondas de plasma elétrons
- 23/10: Ondas sonoras; Ondas de plasma íons; Validade da aproximação de plasma; Comparação entre ondas de plasma elétrons e ondas de plasma íons
- 25/10: Oscilações eletrostáticas de plasma elétrons paralelas e perpendiculares a B
- 30/10: Oscilações eletrostáticas de plasma íons paralelas e perpendiculares a B; A frequência híbrida inferior
- 01/11: Ondas eletromagnéticas em plasmas não-magnetizados (B = 0)
- 06/11: Ondas eletromagnéticas paralelas e perpendiculares a B
- 08/11: As ondas magnetohidrodinâmicas: as ondas de Alfvén e as ondas magnetosônicas rápida e lenta
- 18/09: A representação de ondas; Velocidade de grupo; Oscilações de plasma; Ondas de plasma elétrons
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- 13/11: Difusão em plasmas fracamente ionizados; A difusão de plasmas; Soluções estacionárias da equação de difusão; Recombinação
- 20/11: Difusão paralela e perpendicular a B; Colisões em plasmas completamente ionizados
- 22/11: A magnetohidrodinâmica; Difusão em plasmas completamente ionizados; Soluções da equação de difusão; A difusão de Bohm e a difusão neoclássica
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- 27/11: Introdução; Equilíbrio magnetohidrodinâmico; O parâmetro \(\beta\); A difusão de B através de um plasma
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- 29/11: Prova P2
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- 06/12: Prova PSUB
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- 13/12: Prova PREC
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Como material complementar, indico as video-aulas do Prof. J. D. Callen, da University of Wisconsin-Madison, EUA.
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Notas File
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Gabarito P1 File
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Gabarito P2 File
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