MAGNETOIDRODINAMICA

Il corso si propone di fornire allo studente gli elementi di base e lo stato dell’arte di alcuni temi di Magnetoidrodinamica: conoscenza approfondita delle leggi dell'elettromagnetismo; conoscenza dei moti delle particelle in presenza di campi magnetici, elettrici o altri campi di forza; conoscenza del concetto e delle proprietà dei plasmi; approccio magnetoidrodinamico; campi magnetici congelati; conoscenza dei meccanismi di riconnessione magnetica in 2D e 3D; conoscenza delle teorie dinamo.

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding).
Comprensione critica dei principali concetti alla base della Magnetoidrodinamica (MHD). Comprensione dei metodi di deduzione dei meccanismi fisici fondamentali che avvengono nei plasmi in presenza di campi elettromagnetici esterni.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)
Capacità di identificare gli elementi essenziali dei fenomeni MHD, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni richieste. Capacità di utilizzare lo strumento della analogia per applicare soluzioni conosciute nell'ambito dell'interazione particelle-campi elettromagnetici e della fisica dei plasmi a nuovi problemi (problem solving) e diversi contesti astrofisici.

Abilità comunicative (communication skills).
Competenze nella comunicazione nell’ambito della MHD e della fisica dei plasmi.

Capacità di apprendimento (learning skills).
Acquisizione di adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conosceze e della capacità di accedere alla letteratura specializzata sia nel campo della fisica dei plasmi e della MHD che in campi scientificamente vicini.

Il campo elettromagnetico. Campo magnetico potenziale. Il potenziale elettrico scalare. Legge della induzione di Faraday. Campo magnetico di dipolo. Il campo magnetico interplanetario. Il campo elettrico indotto. Definizione di plasma. Concetto di temperatura di un plasma. Distanza schermo di Debye. Le oscillazioni del plasma. Diffusione in un plasma debolmente ionizzato. Diffusione in un plasma altamente ionizzato. Plasmi collisionali e non.collisionali Fasce di radiazione (di Van Allen). Forza di Lorentz. Moto delle particelle e moto del centro di guida. Moto di una particella in un campo magnetico costante. Momento magnetico. Punti specchio. Invarianti adiabatici. Punti di vista Euleriano e Lagrangiano. Forze agenti su un fluido. Equazione di continuità. Equazione del moto. Equazione di conservazione dell’energia. Sistema di equazioni della MHD. Equazione dell’induzione. Numero di Reynolds magnetico. Decadimento del campo magnetico in assenza di moto. Evoluzione del campo magnetico in presenza di moto del fluido e con una conduttività infinita. Legge di conservazione del flusso magnetico. Legge del congelamento magnetico. Punti neutri. Current sheet. Riconnessione magnetica. Meccanismo dinamo Onde: Equazioni di base. Modi fondamentali. Onde acustiche. Onde magnetiche. Onde di gravità. Onde magnetoacustiche. Onde di shock.

• D.A. Gurnett & A. Bhattacharjee: Introduction to Plasma Physics, Cambridge University Press, 2005
• E.N. Parker, Cosmical Magnetic Fields, Clarendon Press – Oxford, 1979
• E. R. Priest : Solar magnetohydrodynamics, Reidel Publ. Co., Dordrecht, 1984
• R.M. Kulsrud: Plasma Physics for Astrophysics, Princeton University Press, 2005