Programação

  • Introdução à Física de Plasmas e à Fusão Nuclear (2021/1)

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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.


    ***Para aqueles que estejam interessados, há também um curso de pós-graduação sobre a física de plasmas de tokamaks***

    PGF5112 - Plasma Physics I (2021/1)

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    Aulas Virtuais

    As aulas são ministradas de forma online via plataforma Zoom (https://zoom.us/j/540624119):

    • Segundas-Feiras: das 14h00 às 16h00
    • Quartas-Feiras:    das 14h00 as 16h00


    *** A senha de acesso foi enviada por e-mail ***

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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 três provas parciais com pesos iguais
    • A ausência em qualquer prova parcial implica em nota nula para aquela prova
    • Após as três provas parciais, haverá uma prova substitutiva, aberta para quem quiser tentar, cuja nota poderá substituir a menor nota dentre as notas das três provas parciais
    • A nota média será dada por \(M = (P_1 + P_2 + P_3)/3\), 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.
    • A ausência na prova de recuperação, para alunos com \( 3 \leqslant M < 5 \),  implica em \(M_F=M/2\)
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    Provas: Datas e Conteúdo

    As provas serão realizadas de forma online, utilizando o Moodle USP (e-Disciplinas), sob o tópico de nome Avaliações ao final desta página. Cada prova terá duração de 2 horas e consistirá de questões de múltipla escolha, verdadeiro ou falso, e também questões de cunho numérico, onde o aluno deverá digitar o resultado numérico. A prova terá um adicional de 20 minutos para compensar qualquer problema de conexão ao Moodle. Devido à possibilidade de perda de conexão, por exemplo, por falta de energia ou falha no provimento de internet, a prova substitutiva será aberta à todos que queiram fazê-la.

    • Prova P\(_1\) (17/05): Introdução (Cap. 1); A teoria de órbitas de partículas (Cap. 2); O modelo de fluidos (Cap.3)
    • Prova P\(_2\) (16/06): Ondas em plasmas (Cap. 4)
    • Prova P\(_3\) (19/07): Difusão e resistividade de plasmas (Cap. 5); Equilíbrio e estabilidade de plasmas (Cap. 6)
    • Prova P\(_{\mathrm{Sub}}\) (26/07): Toda a matéria
    • Prova P\(_{\mathrm{Rec}}\) (28/07): Toda a matéria
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    Plantão para Atendimento de Dúvidas (Monitoria)

    • Monitor: Felipe Machado Salvador
    • E-mail: felipe.machado.salvador@usp.br
    • Terças-Feiras: 14-15h
    • Link Zoom (https://zoom.us/j/74645055087): senha foi enviada por email do Moodle a vocês
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  • Cap. 1 - Introdução

    • 12/04: 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
  • Cap. 2 - A teoria de órbitas de partículas

    • 14/04: Campos E e B uniformes
    • 19/04: Campo B não-uniforme
    • 26/04: Campo E não-uniforme; Campo E variante no tempo
    • 28/04: Campo B variante no tempo; Invariantes adiabáticos
  • Cap. 3 - O modelo de fluidos

    • 03/05: Introdução; A relação entre a física de plasmas e o eletromagnetismo clássico
    • 05/05: A equação de movimento de um fluido
    • 10/05: A equação da continuidade; A equação de estado; O conjunto completo de equações de um fluido condutor
    • 12/05: A deriva perpendicular a B; A deriva paralela a B; A aproximação de plasma
  • Cap. 4 - Ondas em plasmas

    • 19/05: A representação de ondas; Velocidade de grupo; Oscilações de plasma; Ondas de plasma elétrons
    • 24/05: Ondas sonoras; Ondas de plasma íons; Validade da aproximação de plasma; Comparação entre ondas de plasma elétrons e ondas de plasma íons
    • 26/05: Oscilações eletrostáticas de plasma elétrons perpendiculares e paralelas a B
    • 31/05: Oscilações eletrostáticas de plasma íons perpendiculares e paralelas a B; A frequência híbrida inferior
    • 02/06: Ondas eletromagnéticas em plasmas não magnetizados (B = 0)
    • 07/06: Ondas eletromagnéticas perpendiculares a B
    • 09/06: Ondas eletromagnéticas paralelas a B
    • 14/06: As ondas magnetohidrodinâmicas: as ondas de Alfvén e as ondas magnetosônicas rápida e lenta
  • Cap. 5 - Difusão e resistividade de plasmas

    • 21/06: Difusão em plasmas fracamente ionizados; A difusão de plasmas; Soluções estacionárias da equação de difusão;  Recombinação
    • 23/06: Difusão paralela e perpendicular a B
    • 28/06: Colisões em plasmas completamente ionizados; A magnetohidrodinâmica
    • 30/06: Difusão em plasmas completamente ionizados; Soluções da equação de difusão; A difusão de Bohm e a difusão neoclássica
  • Cap. 6 - Equilíbrio e estabilidade de plasmas

    • 05/06: Introdução; Equilíbrio magnetohidrodinâmico; O parâmetro \(\beta\); A difusão de B através de um plasma
    • 07/06: Classificação de instabilidades; A instabilidade de 2-feixes
    • 12/06: A instabilidade "gravitacional"
    • 14/06: Ondas de deriva resistiva; A instabilidade de Weibel 
  • Video-aulas do Prof. J. D. Callen

    Como material complementar, indico as video-aulas do Prof. J. D. Callen, da University of Wisconsin-Madison, EUA.


  • Solução - Exercícios

  • Avaliações

    • Questionário ícone
      Prova P1 Questionário

      É IMPORTANTE NOTAR que:

      1. Todas as respostas deverão ser dadas com o NÚMERO DE ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS CORRETO
      2. Deve-se utilizar a VÍRGULA como SEPARADOR DECIMAL
      3. Deve-se PRESTAR bastante ATENÇÃO nas UNIDADES das grandezas físicas
      4. Ao final da prova, o aluno é responsável por "Enviar Tudo e Terminar". Sem esse passo, as respostas podem não ser guardadas pelo sistema.

      A prova terá duração de 2 horas e 20 minutos (de 14h00 às 16h20).


      Disponível se: Você faz parte de T-4300326-2021101
    • Questionário ícone
      Prova P2 Questionário

      IMPORTANTE:

      1. Para cada questão, há um espaço para inserção de texto e também para a inclusão de arquivos com as resoluções.
      2. Ao final da prova, o aluno é responsável por "Enviar Tudo e Terminar". Sem esse passo, as respostas podem não ser guardadas pelo sistema.

      Para garantir que todos tenham tempo suficiente para fazer os uploads de suas resoluções, a prova terá duração de 6 horas (de 14h00 às 20h00).


      Disponível se: Você faz parte de T-4300326-2021101
    • Questionário ícone
      Prova P3 Questionário

      Um único arquivo PDF contendo suas resoluções deve ser enviado via Moodle até às 12h00 do dia 22/07/2021.


      Disponível se: Você faz parte de T-4300326-2021101
    • Questionário ícone
      Prova PSUB Questionário

      Um único arquivo PDF contendo suas resoluções deve ser enviado via Moodle até às 12h00 do dia 28/07/2021.


      Disponível se: Você faz parte de T-4300326-2021101
    • Questionário ícone
      Prova PREC Questionário

      Um único arquivo PDF contendo suas resoluções deve ser enviado via Moodle até às 23h59 do dia 29/07/2021.


      Disponível se: Você faz parte de T-4300326-2021101