FenixEdu™

Dissertação

{en_GB=Computational toolkit for plasma physics education} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=A tecnologia de computadores actual equipa os computadores portatéis standard com poder computacional equivalente ao de alguns supercomputadores do século passado. A utilização destes avanços tecnológicos pode revelar-se verdadeiramente benéfica para aumentar a qualidade e o alcance do ensino científico. Nós desenvolvemos um conjunto de ferramentas com o objectivo de ser usado num contexto de ensino de física dos plasmas. Com este projecto pretendemos incluir uma componente de simulação numérica em unidades curriculares desta área. As simulações utilizam o código Particle-In-Cell ZPIC e os dados são tratados com notebooks de Python. As ferramentas desenvolvidas foram usadas para reproduzir alguns dos resultados fundamentais de física dos plasmas. Os exemplos recriados incluem ondas de plasma electrónicas e ondas em plasmas magnetizados, cujas relações de dispersão são estudadas e comparadas com as previsões teóricas. Adicionalmente, observamos a propagação destas ondas, atentando especialmente nos pontos de reflexão e na polarização das ondas. Os outros fenómenos reproduzidos são as instabilidades de two-stream e Weibel. As taxas de crescimento destas instabilidades são comparadas com as expectativas teóricas. Para cada fenómeno reproduzido foi criado um notebook com ferramentas de análise de dados específicas e adequadas à visualização das propriedades mais relevantes. Os notebooks exemplificam diferentes aplicações que podem ser dadas às ferramentas desenvolvidas., en=Present-day computer technology equips standard laptops with enough computational power to match that of some supercomputers from the last century. It is extremely beneficial that we make use of technological advances to increase the quality and reach of science teaching. We developed a computational toolkit that is intended to be used in the context of plasma physics education. The goal is to include a simulation component in plasma physics courses. Simulations are run in the ZPIC Particle-In-Cell code and the output data are treated and plotted using Python notebooks. We applied our toolkit to reproduce and study some examples of fundamental results of plasma physics. These include electron plasma waves and waves in magnetised plasmas, for which the dispersion relations are studied and compared with theoretical predictions. We also observe the propagation of the waves, paying special attention to reflection points and wave polarization. The other plasma phenomena reproduced are the two-stream and Weibel instabilities. The growth rates of these instabilities are compared to the theoretical expectations. A notebook was created for every phenomenon with specific data analysis tools adequate to observe and interpret the results. The notebooks showcase different applications to our toolkit.}
Keywords: {pt=Ensino de Física dos Plasmas, Simulação, ZPIC, Software Educacional, en=Plasma Physics Education, Simulation, ZPIC, Educational Software}

Discussão: junho 14, 2018, 11:0