Περιγραφή Μαθήματος

Το μεταπτυχιακό μάθημα καλύπτει τα σημαντικότερα βασικά στοιχεία των φαινομένων και των μεθόδων μελέτης της μεταφοράς θερμότητας. Το μάθημα στοχεύει πρώτα στην εισαγωγή των θερμικών ιδιοτήτων και θεωριών στη μακροσκοπική κλίμακα και των παραλλαγών / διαφορών που υπολογίζονται ή προβλέπονται από ατομιστικές προσομοιώσεις στη νανοκλίμακα και, δεύτερον, στην εισαγωγή ενός ενοποιημένου πλαισίου για την κατανόηση της βασικής φυσικής της μεταφοράς θερμότητας στη νανοκλίμακα. Στη μελέτη της μεταβολής θερμοδυναμικών δυναμικών όπως της ελεύθερης ενέργειας Gibbs, της εντροπίας και της ενθαλπίας συναρτήσει της θερμοκρασίας και της συγκέντρωσης των συμμετεχόντων στοιχείων με στόχο την διερεύνηση των ευσταθών καταστάσεων αναμιξιμότητας. Δεδομένου ότι το μάθημα προσφέρεται τόσο σε φυσικούς όσο και σε μηχανικούς, θα εξεταστεί η σημασία της μεταφοράς θερμότητας σε διάφορες εφαρμογές καθώς και οι τάσεις της έρευνας, παρουσιάζοντας κάποιες πειραματικές, πρακτικές τεχνολογικές θεωρήσεις και θεμελιώδη όρια.

Ο πρώτος στόχος αυτού του μαθήματος είναι να παρέχει στους/στις μεταπτυχιακούς/ές φοιτητές/τριες γνώση και κατανόηση των θεμελιωδών στοιχείων της φυσικής στερεάς κατάστασης που σχετίζονται με τη μεταφορά θερμότητας. Οι τέσσερις τύποι μεταφοράς θερμότητας: μέσω αγωγιμότητας, μεταφοράς μάζας, ακτινοβολίας ή κατά τη διάρκεια αλλαγής φάσης θα παρουσιαστούν, αναλύοντας τη σχέση των τυπικών φορέων θερμότητας: ηλεκτρόνια, φωτόνια, φωνόνια, άτομα ή μόρια με τις ιδιότητες μεταφοράς θερμότητας. Η μικροσκοπική περιγραφή της μεταφοράς θερμότητας είναι απαραίτητη για την κατανόηση της αλληλεπίδρασης των φορέων ενέργειας με σημειακές ή εκτεταμένες ατέλειες δομής και ελεύθερες επιφάνειες ή διεπιφάνιες που κυριαρχούν στις νανοδομές και στα νανοδομημένα υλικά. Μετά το εισαγωγικό μέρος, το μάθημα θα επικεντρωθεί κυρίως στα φωνόνια (δονήσεις πλέγματος), στα χαρακτηριστικά τους και στη στατιστική τους ανάλυση (Φωτονική πυκνότητα καταστάσεων, καμπύλες διασποράς Φωνονίων κλπ.), Τους φορμαλισμούς τους, τη σύνδεσή τους με τις βασικές θερμικές ιδιότητες καθώς και τις διαδικασίες σκέδασής τους.

Δεύτερος στόχος του μαθήματος θα είναι η εισαγωγή των μεταπτυχιακών φοιτητών/τριών στις πειραματικές μεθόδους αποτίμησης της θερμοκρασιακής εξάρτησης και συμπεριφοράς των υλικών. Η μελέτη των μετρούμενων θερμικών ιδιοτήτων των νανοδομών, των φυσικών παραμέτρων που επηρεάζουν τις μεταβολές φάσης καθώς και μεθόδους που χρησιμοποιούνται για την ανάλυση και επεξήγηση των αποτελεσμάτων.

Ο τρίτος στόχος είναι να δοθεί στους/στις φοιτητές/τριες η κατανόηση των βασικών προσεγγίσεων προσομοίωσης σε ατομιστικό ή συνεχούς μέσου επίπεδο και η ανάπτυξη δεξιοτήτων μοντελοποίησης και προσομοίωσης για τον υπολογισμό των θερμικών ιδιοτήτων των νανοδομών ή των νανοδομημένων υλικών εφαρμόζοντας τις μεθόδους της Μοριακής Δυναμικής. Θα δοθεί μια συγκεκριμένη μελέτη σε LAMMPS και θα μελετηθεί ένα συγκεκριμένο παράδειγμα.

Το μάθημα είναι προσβάσιμο σε όσους έχουν πραγματοποιήσει βασικές σπουδές στη φυσική ή στη μηχανική. Δεν θεωρούνται προαπαιτούμενες οι γνώσεις σχετικά με τα φαινόμενα μεταφοράς θερμότητας ή τη θερμική φυσική.

Στοιχεία Μαθήματος

Κωδικός μαθήματος:  ΦΥΕ207

Μάθημα:  Ειδίκευσης Επιλογής

Εξάμηνο:  Δεύτερο Εξάμηνο

Ώρες / εβδομάδα:   2

Πιστ. Μονάδες (ECTS):  3

Διδάσκοντες:  Ι. Κιοσέογλου, Κ. Τερμεντζίδης