Física del Plasma Cósmico
(Curso Académico 2020 - 2021)

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• CE1 - Comprender los esquemas conceptuales básicos de la Astrofísica

• CG1 - Conocer las técnicas matemáticas y numéricas avanzadas que permitan la aplicación de la Física y de la Astrofísica a la solución de problemas complejos mediante modelos sencillos
• CG4 - Evaluar los órdenes de magnitud y desarrollar una clara percepción de situaciones físicamente diferentes que muestren analogías permitiendo el uso, a nuevos problemas, de sinergias y de soluciones conocidas

• CB6 - Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación
• CB7 - Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios
• CB8 - Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios
• CB10 - Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo

• CX1 - Comprender la estructura y propiedades de los Plasmas Astrofísicos

1.- INTRODUCCIÓN. Definición de plasma. Fenómenos básicos en un plasma. Criterios para definir un plasma. Plasmas en la naturaleza y en el laboratorio.

2.- DINÁMICA DE UNA PARTÍCULA CARGADA. Ecuaciones generales. Campo electromagnético estático y uniforme. Campo magnetostático no uniforme. Campo eléctrico variable en el tiempo.

3.- ECUACIONES DE TRANSPORTE MACROSCÓPICAS. La ecuación de transporte generalizada. Ecuaciones de conservación. El modelo de plasma frío. El modelo de plasma caliente.

4.- FENÓMENOS BÁSICOS EN UN PLASMA. Oscilaciones electrónicas. Apantallamiento de Debye. Envoltura de un plasma. Sondas de plasmas.

5.- CONDUCTIVIDAD Y DIFUSIÓN EN UN PLASMA. La ecuación de Langevin. Conductividad en corriente continua y alterna. El plasma como dieléctrico. Difusión libre. Difusión ambipolar. Plasmas completamente ionizados

6.- EL PLASMA COMO FLUIDO CONDUCTOR. Variables macroscópicas de un fluido conductor. Ecuaciones de conservación. Ecuaciones magnetohidrodinámicas. Ecuaciones simplificadas de la magnetohidrodinámica.

7.- MAGNETOHIDRODINÁMICA. Ecuación de inducción. Congelamiento del campo magnético. Difusión del campo magnético.

8.- ONDAS EN PLASMAS HOMOGÉNEOS. Ondas magnetohidrodinámicas: ondas de Alfvén y magnetoacústicas.

9.- ESTABILIDAD DE UN PLASMA. Configuraciones de equilibrio de un plasma. Inestabilidades.

(a) La tutorización y supervisión de alumnos que no hablen español se realizará en inglés.

(b) Salvo excepciones, las referencias bibliográficas de la lista inicial y las que se indiquen a lo largo del curso estarán escritas en inglés.

En las clases teóricas se transmiten conocimientos del profesor a los alumnos, pero se promueve y se espera la interacción frecuente en forma de preguntas. En las clases prácticas, los alumnos, guiados por el profesor, resuelven los ejercicios y cuestiones que se les han facilitado previamente en hojas o documentos web.

Actividades formativas	Horas presenciales	Horas de trabajo autónomo	Total horas	Relación con competencias
Clases teóricas	40,00	0,00	40,0	[CX1], [CB10], [CB8], [CB7], [CB6], [CG4], [CG1], [CE1]
Clases prácticas (aula / sala de demostraciones / prácticas laboratorio)	20,00	0,00	20,0	[CX1], [CB10], [CB8], [CB7], [CB6], [CG4], [CG1], [CE1]
Estudio/preparación de clases teóricas	0,00	45,00	45,0	[CX1], [CB10], [CB8], [CB7], [CB6], [CG4], [CG1], [CE1]
Estudio/preparación de clases prácticas	0,00	45,00	45,0	[CX1], [CB10], [CB8], [CB7], [CB6], [CG4], [CG1], [CE1]
Total horas
Total ECTS

J.A. Bittencourt: Fundamental of Plasma Physics, 1986, Pergamon Press.
T.J.M. Boyd y J.J. Sanderson: The physics of plasmas, 2003, Cambridge Univ Press.
J.P.H. Goedbloed y S. Poedts: Principles of Magnetohydrodyamics with applications to laboratory and astrophysical plasmas,2004, Cambridge Univ Press.

L.A. Artsimovich y S.Yu. Lukyanoc: Motion of Charged Particles in Electric and Magnetic Fields, 1980, Mir Publishers.
F.F. Chen: Introduction to Plasma Physics, 1974, Plenum Press.
T.G. Cowling: Magnetohydrodynamics, 1976, Adam Hilger Ltd.
J.L. Delcroix: Introduccion a la teoria de los gases ionizados, 1968, Editorial Alhambra.
R.O. Dendy (ed.): Plasma Physics, an Introductory Course, 1993, Cambridge University Press
N.A. Krall and A.W. Trivelpiece: Principles of Plasma Physics, 1973, Mc Graw-Hill.
G.K. Parks: Physics of Space Plasmas, 2004, Westview Press.
R.V. Polovin y V.P. Demutskii: Fundamentals of Magnetohydrodynamics, 1990, Consultants Bureau, New York.
  
E.R. Priest: Solar Magnetohydrodynamics, 2013, Cambridge Univ Press.
G. Schmidt: Physics of high temperature plasmas. An introduction, 1966, Academic Press Inc.
 
F.H. Shu: The Physics of Astrophysics. Vol 2, 1992, University Science Books.
L.C. Woods: Principles of Magnetoplasma Dynamics, 1987. Clarendon Press.

Se facilitarán a los alumnos artículos recientes de temas actuales sobre plasmas astrofísicos para análisis supervisado.

La evaluación de la asignatura se realizará teniendo en cuenta dos aspectos:

(i) Los resultados obtenidos en la evaluación continua realizada durante el transcurso de la asignatura. Esta evaluación consistirá en diversas pruebas escritas correspondientes a partes de la asignatura y entregables.

(ii) El examen final, en el que se incluirán preguntas y cuestiones (tanto de teoría como de problemas) referentes al temario completo.

La nota final se obtendrá promediando al 50% la nota obtenida en estos dos apartados, siendo necesario tener en cada uno de ellos al menos una calificación de 3.0 (en una escala de 0 a 10) para superar la asignatura.

Aquellos alumnos que no hayan podido realizar las pruebas escritas parciales y/o los entregables (o que no hayan conseguido calificación suficiente en ellos), podrán obtener la calificación final a partir de la nota del examen final exclusivamente.

Las pruebas escritas parciales y el examen final consistirán en general de preguntas teóricas y ejercicios de cálculo para comprobar el grado de conocimiento e intuición física logrados por el alumno en la asignatura. Los entregables consistirán en ejercicios de diferentes tipos: análisis guiado de párrafos de artículos de investigación relevantes en física del plasma; realización de ejercicios que requieran el uso de un método numérico muy elemental; realización de ejercicios numéricos tradicionales a resolver con calculadora de bolsillo; cuestionarios y resolución de problemas teóricos.

Tipo de prueba	Competencias	Criterios	Ponderación
Pruebas de desarrollo	[CX1], [CB10], [CB8], [CB7], [CB6], [CG4], [CG1], [CE1]	Claridad, completitud, madurez física y precisión de las respuestas a preguntas teóricas. Claridad, precisión y exactitud en la resolución de problemas.	50,00 %
Trabajos y proyectos	[CX1], [CB10], [CB8], [CB7], [CB6], [CG4], [CG1], [CE1]	Resolución de las tareas planteadas, valorando: (a) corrección en la aplicación de conocimientos adquiridos en el curso; (b) adecuada combinación de resultados de los diferentes temas; (c) claridad y concreción en la exposición	50,00 %

La planificación temporal que sigue se basa en un esquema válido para un grupo promedio de alumnos. Este cronograma se adaptará dependiendo de las especificidades (conocimientos previos de física y astrofísica, de técnicas analíticas y numéricas) de cada grupo particular.

Semana	Temas	Actividades de enseñanza aprendizaje	Horas de trabajo presencial	Horas de trabajo autónomo	Total
Semana 1:	1	Clases teóricas y prácticas, realización de problemas	4.00	6.00	10.00
Semana 2:	2	Clases teóricas y prácticas, realización de problemas	4.00	6.00	10.00
Semana 3:	2	Clases teóricas y prácticas, realización de problemas	4.00	6.00	10.00
Semana 4:	3	Clases teóricas y prácticas, realización de problemas	4.00	6.00	10.00
Semana 5:	3	Clases teóricas y prácticas, realización de problemas	4.00	6.00	10.00
Semana 6:	4	Clases teóricas y prácticas, realización de problemas	4.00	6.00	10.00
Semana 7:	4-5	Clases teóricas y prácticas, realización de problemas	4.00	6.00	10.00
Semana 8:	5	Clases teóricas y prácticas, realización de problemas	4.00	6.00	10.00
Semana 9:	6	Clases teóricas y prácticas, realización de problemas	4.00	6.00	10.00
Semana 10:	6	Clases teóricas y prácticas, realización de problemas	4.00	6.00	10.00
Semana 11:	7	Clases teóricas y prácticas, realización de problemas	4.00	6.00	10.00
Semana 12:	7-8	Clases teóricas y prácticas, realización de problemas	4.00	6.00	10.00
Semana 13:	8	Clases teóricas y prácticas, realización de problemas	4.00	6.00	10.00
Semana 14:	8	Clases teóricas y prácticas, realización de problemas	4.00	6.00	10.00
Semana 15 a 17:	9	Clases teóricas y prácticas, realización de problemas	4.00	6.00	10.00
Total			60.00	90.00	150.00