Fizyka atmosfery i przestrzeni kosmicznej

stacjonarne

jednolite magisterskie

obowiązkowy

W 18/ Zo, C 12/Zo razem: 30 godz., 4 pkt ECTS

wybrane działy matematyki: znajomość metod rozwiązywania równań różniczkowych zwyczajnych, umiejętności wykonywania działań na funkcjach zespolonych zmiennej zespolonej;

fizyka - termodynamika techniczna: właściwości i przemiany gazów, podstawy wymiany ciepła, podstawy mechaniki klasycznej i mechaniki płynów

semestr ósmy / lotnictwo i kosmonautyka

prof. dr hab. inż. Andrzej J. Panas

prof. dr hab. inż. Janusz Zmywaczyk

1. Udział w wykładach / 16

2. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 8

3. Udział w ćwiczeniach / 14

4. Samodzielne przygotowanie się do ćwiczeń / 14

5. Udział w konsultacjach / 2

6. Przygotowanie do zaliczenia / 4

7. Udział w zaliczeniu / 2

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 60 / 2,0 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli: 1.+3.+5.+7.=34 / 2,0 ECTS

Zajęcia o charakterze praktycznym: 0,0 ECTS

Opis ogólny atmosfery z charakterystyką jej uwarstwienia. Charakterystyka właściwości fizycznych i chemicznych podstawowych składników. Atmosfera wzorcowa. Termodynamika atmosfery ziemskiej: stany powietrza suche-go i wilgotne go w kontekście równowagi hydrostatycznej oraz przemieszczania się mas powietrza. Charakterystyka procesów dynamicznych zachodzących w atmosferze – cyrkulacja atmosferyczna i skale ruchów mas powietrza atmosferycznego. Dynamika atmosfery ze szczególnym uwzględnianiem niskiej troposfery i warstwy przyziemnej. Podstawy fizyki aerozoli i wybrane zagadnienia fizyki chmur. Ogólna charakterystyka procesów radiacyjnych i elektrycznych (elektromagnetycznych). Bilans energetyczny Ziemi. Wybrane problemy eksploatacji bezzałogowych statków powietrznych (BSP) i systemów BSP w kontekście zjawisk atmosferycznych. Wybrane zagadnienia mechaniki kwantowej. Podstawy dynamiki kosmosu.

Wykład / Wykłady prowadzone głównie w formie audiowizualnej w celu dostarczenia wiedzy określonej efektami W1, W2, W3

1. Opis ogólny atmosfery z charakterystyką jej uwarstwienia. Charakterystyka właściwości fizycznych i chemicznych podstawowych składników. Atmosfera wzorcowa / 2

2. Termodynamika atmosfery ziemskiej: stany powietrza suchego i wilgotne go w kontekście równowagi hydrostatycznej oraz przemieszczania się mas powietrza / 2

3. Charakterystyka procesów dynamicznych zachodzących w atmosferze – cyrkulacja atmosferyczna i skale ruchów mas powietrza atmosferycznego / 2

4. Podstawy fizyki aerozoli i wybrane zagadnienia fizyki chmur / 2

5. Ogólna charakterystyka procesów radiacyjnych i elektrycznych (elektromagnetycznych). Bilans energetyczny Ziemi / 2

6. Wybrane zagadnienia mechaniki kwantowej: fakty eksperymentalne (rozkład energii w widmie ciała doskonale czarnego, efekt fotoelektryczny, efekt Comptona, dualizm korpuskularno-falowy), postulaty mechaniki kwantowej / 2

7. Równanie Schrödingera. Atom wodoru, atomy wieloelektronowe, zakaz Pauliego / 2

8. Podstawy dynamiki kosmosu (1,2,3 prędkość kosmiczna, wybrane wyniki obserwacji kosmosu: paradoks Olbersa, redshift, prawo Hubbla, równanie Friedmana) / 2

Ćwiczenia / Ćwiczenia audytoryjne związane z zagadnieniami omawianymi na wykładzie, obejmujące przypomnienie, utrwalenie i usystematyzowanie wiedzy wcześniej nabytej, uzyskanej jako rezultat ukierunkowanej pracy własnej poprzez rozwiązywanie zadań i problemów w celu opanowania umiejętności U1

1. Termodynamiczny opis atmosfery statycznej: wzór barometryczny, wyznaczanie parametrów atmosfery wzorcowej, temperatura potencjalna / 2

2. Atmosfera wilgotna, przemiany fazowe pary wodnej, temperatura ekwiwalentna, mieszanie powietrza wilgotnego / 2

3. Kryteria równowagi pionowej powietrza suchego, wilgotnego suchego i wilgotnego mokrego, poziom kondensacji / 1

4. Charakterystyka ruchów poziomych (wiatru), efekt Coriolisa, określanie wielkości bodźców termicznych i mechanicznych / 1

5. Obliczanie parametrów ruchu cząstki aerozolu ciekłego lub stałego w atmosferze (unoszenie, prędkość opadania itd.) / 1

6. Analiza parametrów radiacyjnych. Sporządzanie bilansu energetycznego z uwzględnieniem procesów radiacyjnych / 1

7. Rozwiązywanie rachunkowe wybranych problemów dotyczących oddziaływania kwantów z elektronami (promieniowania ciała doskonale czarnego, efekt Comptona, zjawisko fotoelektryczne) / 2

8. Wyznaczanie parametrów orbit oraz mas ciał niebieskich, w oparciu o znajomość praw Keplera, manewr transferowy Hohmanna/ 2

9. Obliczanie składowych wybranych tensorów metrycznych, krytyczna gęstość kosmosu, obliczenie temperatury wnętrza Słońca oraz czasu jego świecenia / 2

podstawowa:

Iribarne J.V., Cho H.-R.: Fizyka atmosfery, PWN, Warszawa 1988,

Landau, L. D., Lifszyc, J.M.: Fizyka Teoretyczna. T.1. Mechanika, PWN, Warszawa (również: Landau, L. D., Lifszyc, J.M.: Mechanika, PWN, Warszawa 2009,

Landau, L. D., Lifszyc, J.M.: Fizyka Teoretyczna. T.6. Mechanika ośrodków ciągłych, PWN,

Warszawa 1958 (również: Landau, L. D., Lifszyc, J.M.: Hydrodynamika, PWN, Warszawa 2009),

Madany A.: Fizyka atmosfery. Wybrane zagadnienia, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 1996,

Seinfeld J. H., Pandis S. N.: Atmospheric Chemistry and Physics - From Air Pollution to Climate Change, JOHN WILEY & SONS, INC., Hoboken, New Jersey 2006 (baza Knovel),

Wiśniewski S.: Termodynamika techniczna, WNT, Warszawa 1987,

Rogalski A.: Podstawy fizyki dla elektroników, WAT, Warszawa 2002 (INTERNET:http://www.wtc.wat.edu.pl/dydaktyka/fizyka-wykRogalski/podstawy_fizyki_dla_elektronikow.pdf)

Silfvast W.T.: Laser Fundamentals (2nd-Ed.), Cambridge University Press, 2004 (baza Knovel),

Blankiewicz K., Igalson M.: Zbiór zadań z fizyki dla studentów Wydziału Mechatroniki, Wyd. 4, OWPW, 2004,

Ryden B.: Introduction to Cosmology, Department of Astronomy, The Ohio State University, January 13, 2006

Roos M.: Introduction to Cosmology Third Edition, John Wiley & Sons, Ltd, 2003

uzupełniająca:

Baron, P. A., Willeke, K.: Aerosol Measurements. Principles, Techniques and Applications, John Willey & Sons, New York 2001 (baza Knovel),

Crowe C. T. ed.: Multiphase Flow Handbook. Boca Raton: Taylor & Francis, 2006,

Chrgian A.: Fizika atmosfiery. Gosudarstviennoje Izdatielstvo Tiechniko-Tieorieticzieskoi Litieratury, Moskva 1953,

Kowaleczko. G., Panas A., Chachurski R., Drozdowski Z., Sobieraj W., Pietrek S.: Oblodzenie statków powietrznych, ITWL, Warszawa 2005

W1 / zna podstawowe charakterystyki atmosfery Ziemi w kontekście jej uwarstwienia i dynamiki procesów w niej zachodzących / K_W02

W2 zna podstawowe fakty eksperymentalne świadczące o dualiźmie korpuskularno-falowym materii i postulaty mechaniki kwantowej oraz zna i rozumie podstawy fizyczne działania laserów jak również ma wiedzę odnośnie ich obszarów zastosowań / K_W02

W3 / zna i rozumie złożone procesy fizyczne występujące w atmosferze / K_W10

U1 / potrafi powiązać wyniki pracy badawczej z praktyką inżynierską

poprzez umiejętność wyznaczania podstawowych parametrów atmosfery ziemskiej i posługiwania się wynikami analizy synoptycznej oraz zastosowaniem odpowiednich praw i zasad fizycznych do rozwiązywania zagadnień fizyki atmosfery oraz fizyki kwantowej / K_U18

Przedmiot zaliczany jest na podstawie: zaliczenia z oceną.

Ćwiczenia są zaliczanet na podstawie: zaliczenia z oceną.

Zaliczenie na ocenę jest przeprowadzane w formie pisemnej - na podstawie średniej z pozytywnych ocen za wszystkie efekty kształcenia.

Warunkiem koniecznym do uzyskania zaliczenia jest uzyskanie pozytywnej oceny z kolokwium podsumowania ćwiczeń i pozytywnej oceny zaliczenia materiału teoretycznego.

Efekty W1, W2, W3 sprawdzane są na kolokwium po zakończeniu wykładów. Wynik kolokwium może być korygowany zgodnie z oceną aktywności studenta w czasie zajęć audytoryjnych.

Z materiału teoretycznego jest przeprowadzane zaliczenie w formie odpowiedzi ustnych lub testu pisemnego w czasie ostatnich zajęć wykładowych lub w terminie konsultacji je poprzedzających.

Efekt U1 sprawdzany jest na zajęciach audytoryjnych w formie ćwiczeniach rachunkowych oraz w odniesieniu do zadań domowych mających na celu utrwalenie wiedzy teoretycznej i nabycie umiejętności odpowiedniego stosowania praw i zasad fizycznych do rozwiązywania zagadnień fizyki atmosfery oraz fizyki kwantowej. Ocena końcowa z całości przedmiotu jest ustalana na podstawie zaliczenia obu rygorów, przy czym waga oceny kolokwium z ćwiczeń nie może być większa niż 50 %

n.d.