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 45 60 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
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
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
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 E-MAIL) Włodzimierz Salejda, wlodzimierz.salejda@pwr.wroc.pl 4
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