UFPF101 Počítačové simulace fyzikálních procesů

Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
léto 2018
Rozsah
0/0. 0 kr. Ukončení: -.
Garance
Centrum interdisciplinárních studií – Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Zkouška z tohoto předmětu je součástí Státní závěrečné zkoušky magisterského studia Počítačové fyziky, profilace Simulace fyzikálních procesů.
Osnova
  • Základy kvantové fyziky: Vlnově-částicový dualismus, postuláty, Schrödingerova rovnice, volná částice, relace neurčitosti, princip korespondence, jednoduché aplikace (částice v nekonečně hluboké potenciálové jámě, krabici; jáma konečné hloubky, potenciálový val), tunelový jev, lineární harmonický oscilátor, moment hybnosti, atom vodíku, spin, Mendělejevova periodická tabulka.
    Základy termodynamiky a statistické fyziky: Základní pojmy, I. věta termodynamická, II. věta termodynamická (vratné a nevratné procesy, tepelné stroje, entropie, absolutní termodynamická teplota), III. věta termodynamická, molekulární teorie (vztah makro- a mikroskopických veličin, Maxwellovo rozdělení, srážky molekul, střední volná dráha, vysvětlení tření, difuse apod., ekvipartiční teorém), Fázové přechody, Kvantový popis systému identických částic. Základy statistické fyziky: postuláty, pravděpodobnost a entropie, soubor mikrokanonický, kanonický a grandkanonický, rozdělení Fermiho-Diracovo, Bose-Einsteinovo, fotonové a Maxwellovo-Boltzmannovo, matice hustoty.
    Kinetická teorie a její aplikace na dynamiku polutantů: Kinetická teorie termálních viskózních newtonovských tekutin, Navierových-Stokesových a Fourierových rovnic pro popis transportních jevů v tekutinách, environmentální aplikace, modelování evoluce polutantů v přiblížení testovacích částic tracer particles.
    Počítačové metody kvantové teorie atomů a molekul: Mnohočásticová vlnová funkce, diagramatické mnohočásticové techniky, teorie symetrie, teorie grup, spektra molekul, výběrová pravidla, fyzika pevných látek, supravodivost.
    Základy experimentální částicové a jaderné fyziky: Jaderná a částicová fyzika. Historie, vlastnosti a složení jader, radioaktivita, jaderné reakce, struktura a interakce částic, srážky a rozpady, urychlovače, detektory, počítačová simulace experimentu.
    Moderní informatické metody v astrofyzice: Pohyb v poli centrální síly, simulace vzniku a vývoje hvězd, simulace kolabujících objektů, řešení strukturních rovnic a výpočty vlastností neutronových hvězd a bílých trpaslíků, optické efekty v poli kompaktních objektů.
    Úvod do deterministického chaosu: Dynamické systémy ve fyzice, úvod do Hamiltonova formalismu, numerické metody řešení diferenciálních rovnic, regulární a chaotické trajektorie, zobrazování chaosu, lineární systémy s poruchou.
    Symbolické výpočty: Prostředí programu Mathematica (notebook), Wolfram Language, matematické funkce, manipulace s výrazy, matice a lineární algebra, řešení algebraických rovnic, kalkulus, diferenciální rovnice.
    Výpočty pomocí grafických karet: Úvod do paralelních výpočtů, CUDA a OpenCL, vlákny a pamětí na grafických kartách, koncepce a optimalizace algoritmů, reprezentace čísel, aplikační modely v praxi, grafických karet v softwaru Mathematica.
    Paralelní výpočty: Výpočtová paradigmata, architektury, současný stav, základní pojmy, základy MPI, design paralelního programu, komunikace v MPI, aplikace paralelních algoritmů, paralelní metody zpracování dat.
Informace učitele
Uspokojivé zodpovězení otázek před komisí pro SZZk.
Další komentáře
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je zařazen také v obdobích zima 2013, léto 2014, zima 2014, léto 2015, zima 2015, léto 2016, zima 2016, léto 2017, zima 2017, zima 2018, léto 2019, léto 2020.