Počítačová fyzika 1

Garant předmětu:

Ondřej Klimo, Milan Kuchařík

Přednášející:

Milan Kuchařík

Cvičící:

Milan Kuchařík

Předmět zajišťuje:

katedra laserové fyziky a fotoniky

Anotace:

Předmět se věnuje některým známým a často používaným simulačním metodám v různých oblastech fyziky. První část předmětu se zaměřuje na částicové simulační metody – molekulární dynamiku, metodu Monte Carlo a další metody pro řešení pohybu částic v self-konzistentních polích (například metoda Particle in Cell ve fyzice plazmatu). Druhá část je věnována metodám řešení Maxwellových rovnic, zejména metodám konečných diferencí, konečných prvků a metodě momentů a dále úvodu do použití některých výpočetních metod v kvantové fyzice (Hartree-Fockova metoda a metoda hustotního funkcionálu).

Požadavky:

Osnova přednášek:

1. Úvod do molekulární dynamiky, potenciály a integrace pohybových rovnic

2. Měření v molekulární fyzice, rovnovážné a dynamické vlastnosti jednoduchých tekutin, počáteční a okrajové podmínky, dlouhodosahové interakční potenciály

4. Základy metody Monte Carlo, Metropolisův algoritmus

5. Kinetické Monte Carlo simulace pro transport částic – řešení transportní rovnice, typy interakcí, obecné techniky pro zrychlení simulací a snížení rozptylu výsledků

7. Řešení transportu nabitých částic v plazmatu částicovou metodou Particle in Cell

8. Metoda Particle in Cell – řešení pohybových rovnic, interpolace veličin na výpočetní síť, tvary částic, stabilita a použitelnost metody, srážky

9. Metody řešení Maxwellových rovnic, přehled metod, jejich použití a vlastnosti

10. Metoda konečných diferencí v časové oblasti a její okrajové podmínky, metoda konečných prvků a metoda momentů

11. Hartree-Fockova metoda, metoda hustotního funkcionálu (DFT)

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Znalosti:

Cílem předmětu je získání znalostí o některých známých a často používaných simulačních metodách v různých oblastech fyziky.

Schopnosti:

Student získá schopnost aplikovat a vybrané simulační metody v různých oblastech fyziky.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] A. Bondeson, T. Rylander, P. Ingelstrom, Computational Electromagnetics (Texts in Applied Mathematics), Second Edition, Springer, 2013

[2] J. Thijssen, Computational Physics, Second Edition, Cambridge University Press, New York, 2007

[3] D.C. Rapaport, The Art of Molecular Dynamics Simulation 2nd Edition, Cambridge University Press; 2 edition, New York, 2004

Doporučená literatura:

[4] A. Haghighat, Monte Carlo Methods for Particle Transport, CRC Press, Boca Raton, 2016

[5] C.K. Birdsall, A.B Langdon, Plasma Physics via Computer Simulation, Taylor & Francis Gropu, New York, 2005

Studijní pomůcky:

žádné

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Fyzika plazmatu a termojaderné fúze (povinný předmět programu)