Wykład Ćwiczenia Laboratorium Projekt Seminarium 45

Transkrypt

1 Zał. nr 4 do ZW /202 WYDZIAŁ PPT / STUDIUM KARTA PRZEDMIOTU Nazwa w języku polskim Studenckie laboratorium obliczeniowe Nazwa w języku angielskim Student computational laboratory Kierunek studiów (jeśli dotyczy): fizyka Specjalność (jeśli dotyczy):.. Stopień studiów i forma: I / II stopień*, stacjonarna / niestacjonarna* Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy / wybieralny / ogólnouczelniany * Kod przedmiotu FZP002096P Grupa kursów TAK / NIE* Liczba godzin zajęć zorganizowanych w Uczelni (ZZU) Liczba godzin całkowitego nakładu pracy studenta (CNPS) Forma zaliczenia Wykład Ćwiczenia Laboratorium Projekt Seminarium zaliczenie na ocenę Dla grupy kursów zaznaczyć kurs końcowy (X) Liczba punktów ECTS 2 w tym liczba punktów odpowiadająca zajęciom o charakterze praktycznym (P) w tym liczba punktów ECTS odpowiadająca zajęciom wymagającym bezpośredniego kontaktu (BK) *niepotrzebne skreślić WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI. Podstawowe umiejętności w zakresie użytkowania wybranego języka programowania lub środowiska obliczeniowego (preferowane Fortran i MATLAB) 2. Podstawowe umiejętności w zakresie rachunku różniczkowego, całkowego i algebry liniowej. Kompetencje w zakresie docierania do uzupełniających obszarów wiedzy i umiejętności. \ CELE PRZEDMIOTU C Zdobycie wiedzy dotyczących wybranych metod obliczeniowych: Monte Carlo, FEM i FDTD. C2 Nabycie umiejętności implementacji algorytmów numerycznych w wybranym pakiecie matematycznym/języku programowania C Nabycie umiejętności badania modeli zjawisk fizycznych za pomocą narzędzi numerycznych. C4 Nabycie umiejętności formułowania wniosków na podstawie wyników eksperymentów numerycznych C5 Opanowanie podstawowych kompetencji w zakresie zarządzania czasem w realizowanym przedsięwzięciu

2 PRZEDMIOTOWE EFEKTY KSZTAŁCENIA Z zakresu wiedzy: PEK_W0 ma usystematyzowaną i utrwaloną wiedzę z zakresu metody Monte Carlo PEK_W02 ma usystematyzowaną i utrwaloną wiedzę z zakresu metody elementów skończonych (MES FEM Finite Element Method) PEK_W0 ma usystematyzowaną i utrwaloną wiedzę z zakresu metody FDTD (Finite Difference Time Domain) Z zakresu umiejętności: PEK_U0 Potrafi implementować w wybranym pakiecie matematycznym poznane metody numeryczne PEK_U02 Potrafi zaplanować i przeprowadzić eksperyment numeryczny PEK_U0 Potrafi sformułować wnioski z przeprowadzonego eksperymentu numerycznego oraz przedstawić je w formie opracowania Z zakresu kompetencji społecznych: PEK_K0 Potrafi określić priorytety w realizacji zadania, określić kolejność i czas realizacji odpowiednich jego etapów TREŚCI PROGRAMOWE Forma zajęć - projekt Pr Generowanie liczb pseudolosowych. Metoda odwracania dystrybuanty i odrzucania (von Neumanna). Model błądzenia losowego w D Pr2 Model samodyfuzji w 2D i zależność współczynnika samodyfuzji od stężenia cząstek Pr Koncepcja metody Monte Carlo (próbkowanie proste i ważone). Algorytm Metropolisa dla zespołu kanonicznego Model Isinga w 2D. Analiza modelu Isinga: obliczanie pojemności Pr4 cieplnej, magnetyzacji, podatności magnetycznej, kumulantów Bindera. Teoria skalowania dla układów o skończnym rozmiarze Pr5 Wybrane własności nematyków i model sieciowy nematycznego ciekłego kryształu. Badanie własności optycznych nematyka w zewnętrznym polu elektrycznym Pr6 Wprowadzenie do metody FEM i zdefiniowanie problemów do rozwiązania w ramach projektu Pr7 Implementacja metod podziału obszaru rozwiązania na elementy skończone Pr8 Przekształcenie zagadnienia brzegowego w algebraiczne zagadnienie własne Pr9 Implementacja metod rozwiązywania algebraicznego zagadnienia własnego Pr0 Obróbka, prezentacja i fizyczna interpretacja wyników, podsumowanie Pr Dyskretyzacja równań Maxwella na siatce Yee. Przeprowadzenie Liczba godzin 2

3 pierwszych symulacji Pr2 Opis numerycznych źródeł promieniowania. Absorbujące warunki brzegowe 2 Pr Kryterium stabilności metody. Modelowanie absorpcji 2 Pr4 Praca nad wyznaczonymi projektami 5 Pr5 Prezentacja wykonanych projektów Suma godzin 45 STOSOWANE NARZĘDZIA DYDAKTYCZNE N. Wykład z wykorzystaniem tablicy i komputerowych prezentacji multimedialnych N2. Rozwiązywanie zadań obliczeniowych przez studentów w laboratorium komputerowym (praca samodzielna i w zespołach) N. Indywidualna praca ze studentami -- omawianie problemów napotykanych podczas rozwiązywania zadań w laboratorium komputerowym OCENA OSIĄGNIĘCIA PRZEDMIOTOWYCH EFEKTÓW KSZTAŁCENIA Oceny (F formująca (w trakcie semestru), P podsumowująca (na koniec semestru) F F2 F P = F+F2+F Numer efektu kształcenia PEK_W0, PEK_U0, PEK_U02, PEK_U0, PEK_K0 PEK_W02 PEK_U0, PEK_U02, PEK_U0, PEK_K0 PEK_W0 PEK_U0, PEK_U02, PEK_U0, PEK_K0 Sposób oceny osiągnięcia efektu kształcenia wykorzystaniem metody Monte Carlo wykorzystaniem metody FEM wykorzystaniem metody FDTD

4 LITERATURA PODSTAWOWA I UZUPEŁNIAJĄCA LITERATURA PODSTAWOWA: [] J. Olszewski, R. Orlik, G. Pawlik, K. Tarnowski, W. Salejda, Studenckie laboratorium obliczeniowe, Politechnika Wrocławska, (20) [2] D. P. Landau, K. Binder, A Guide to Monte Carlo Simulations in Statistical Physics, Cambridge University Press, Cambridge (2000). [] D. W. Hermann, Computer Simulation Methods in Theoretical Phisics, Springer-Verlag Berlin Heidelberg (986). [4] A. Patrykiejew, Wprowadzenie do metody Monte Carlo, Wydawnictwo UMCS, Lublin (998). [5] Tarnowski, K., Analiza numeryczna rozkładu i propagacji pola elektromagnetycznego w metamateriałach metoda FDTD, Praca magisterska, Politechnika Wrocławska, Wrocław, (2007). [6] Jian-Ming Jin, The Finite Element Method in Electromagnetics, Wiley-IEEE Press, 2 edition (2002). LITERATURA UZUPEŁNIAJĄCA: [] Taflove, A. oraz S. C. Hagness, Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time Domain Method, Artech House, Inc., Norwood, (2005). [2] Sullivan, D., Electromagnetic Simulation Using the FDTD Method, Wiley-IEEE Press, (2000). [] M. P. Allen, D. J. Tildesley, Computer Simulation of Liquids, Clarendon Press, Oxford (987). [4] M. E. Newman, G. T. Barkema, Monte Carlo Methods in StatisticalPhysics, Clarendon Press, Oxford (999). [5] R. Wieczorkowski, R. Zieliński, Komputerowe generatory liczb losowych, WNT, Warszawa (997). OPIEKUN PRZEDMIOTU (IMIĘ, NAZWISKO, ADRES ) Włodzimierz Salejda, wlodzimierz.salejda@pwr.wroc.pl 4

5 MACIERZ POWIĄZANIA EFEKTÓW KSZTAŁCENIA DLA PRZEDMIOTU Studenckie laboratorium obliczeniowe Z EFEKTAMI KSZTAŁCENIA NA KIERUNKU fizyka I SPECJALNOŚCI.. Przedmiotowy efekt kształcenia Odniesienie przedmiotowego efektu do efektów kształcenia zdefiniowanych dla kierunku studiów i specjalności (o ile dotyczy)** Cele przedmiotu*** Treści programowe*** Numer narzędzia dydaktycznego*** PEK_W0 KFIZ_W05, KFIZ_W08 C Pr-Pr5 N,N2,N PEK_W02 KFIZ_W05, KFIZ_W08 C Pr6-Pr0 N,N2,N PEK_W0 KFIZ_W05, KFIZ_W08 C Pr-Pr5 N,N2,N PEK_U0 KFIZ_U04, KFIZ_U07, C2, C, C4 Pr-Pr5 N2,N KFIZ_U08 PEK_U02 KFIZ_U04, KFIZ_U07, C2, C, C4 Pr-Pr5 N2,N KFIZ_U08 PEK_U0 KFIZ_U04, KFIZ_U07, C2, C, C4 Pr-Pr5 N2,N KFIZ_U08 PEK_K0 KFIZ_K04 C5 Pr-Pr5 N ** - wpisać symbole kierunkowych/specjalnościowych efektów kształcenia *** - z tabeli powyżej