Περιβαλλοντική Φυσική

Tίτλος του μαθήματος

Περιβαλλοντική Φυσική

Κωδικός αριθμός μαθήματος

ΕΕΝ102

Τύπος του μαθήματος

Υποχρεωτικό

Επίπεδο του μαθήματος

Μεταπτυχιακό (ΜΔΕ)

Έτος σπουδών

Πρώτο

Εξάμηνο

Πρώτο

Πιστωτικές μονάδες ECTS

9

Όνομα του διδάσκοντος/των διδασκόντων

Α. Αργυρίου, Αν. Καθηγητής
Γ. Λευθεριώτης, Επ. Καθηγητής

Επιδιωκόμενα μαθησιακά αποτελέσματα του μαθήματος

Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα μπορεί να

1. Κατανοεί σε βάθος τις έννοιες της διάδοσης θερμότητας, μεταφοράς μάζας και ορμής, καθώς και να τις εφαρμόζει για την επίλυση προβλημάτων που αφορούν το περιβάλλον.

2. Κατανοεί σε βάθος τις έννοιες της μηχανικής των ρευστών και να τις εφαρμόζει για την επίλυση προβλημάτων που αφορούν στις περιβαλλοντικές επιστήμες.

Δεξιότητες

Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει περαιτέρω αναπτύξει τις ακόλουθες δεξιότητες

1. Ικανότητα να επιδεικνύει γνώση και κατανόηση των ουσιωδών δεδομένων, εννοιών, αρχών και θεωριών που σχετίζονται με την περιβαλλοντική φυσική.

2. Ικανότητα να εφαρμόζει αυτή τη γνώση και κατανόηση στη λύση ποιοτικών και ποσοτικών προβλημάτων μη οικείας φύσης.

3. Ικανότητα να υιοθετεί και να εφαρμόζει μεθοδολογία στη λύση μη οικείων προβλημάτων.

4. Δεξιότητες μελέτης που χρειάζονται για τη συνεχή επαγγελματική ανάπτυξη.

Προαπαιτήσεις

Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα. Οι φοιτητές θα πρέπει να έχουν τουλάχιστον βασικές προπτυχιακές γνώσεις Γενικής Φυσικής, Διαφορικού και Ολοκληρωτικού Λογισμού, Γραμμικής Άλγεβρας και Διαφορικών Εξισώσεων.

Περιεχόμενα (ύλη) του μαθήματος

Μαθηματική εισαγωγή.

Βασικοί νόμοι φυσικής περιβάλλοντος. Αντίσταση στις ροές. Μεταφορά ύλης, ενέργειας και ορμής. Διάδοση θερμότητας. Νόμος Fourier για την αγωγή. Γενική διαφορική εξίσωση αγωγής και λύσεις σε διάφορες γεωμετρίες. Μεταβολή της θερμοκρασίας με το βάθος στο έδαφος. Μορφές και μετατροπές ενέργειας. Πηγές ενέργειας. Ροή ενέργειας. Ισοδύναμες αντιστάσεις. Μοριακά φάσματα. Περιβαλλοντική φασματοσκοπία.
Νόμοι ακτινοβολίας. Μέλαν σώμα. Φαιά σώματα. Θερμοδυναμικές διεργασίες. Μεταφορά θερμότητας. Αδιάστατες ομάδες. Αριθμοί Nusselt, Prandtl και Grashof. Κριτήρια ελεύθερης και εξαναγκασμένης μεταφοράς θερμότητας. Εφαρμογές. Μεταφορά μάζας. Νόμοι της διάχυσης. Αριθμοί Sherwood και Schmidt. Ακτινοβολία μικρού και μεγάλου μήκους κύματος. Ηλιακή ακτινοβολία. Ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες. Επίδραση στο περιβάλλον. Ατμόσφαιρα, ενεργειακό ισοζύγιο, κλίμα, υγρασία, άνεμος. Μεταφορά ρύπων.

Μηχανική των ρευστών.

α) Εισαγωγή: Αρχή του συνεχούς μέσου, ιξώδες, οριακό στρώμα, Νευτώνεια ρευστά, ιδανικά ρευστά, στρωτή- τυρβώδης ροή, αριθμός Re. β) Στατική των ρευστών: Τανυστής τάσεων, διαφορική εξίσωση στατικής των ρευστών, ρευστά που ισορροπούν υπό την επίδραση του βάρους τους, εφαρμογές. γ) Κινηματική των ρευστών: Ρευματικές γραμμές , παράγωγος κατά τη ροή, απόκλιση, θεώρημα Gauss, εξίσωση συνέχειας, ρευματική συνάρτηση, στροβιλισμός, δυναμικό ταχύτητας, κυκλοφορία, θεώρημα Stokes, νόμος Biot-Savart. Ιδανικό ρευστό και παραδείγματα ροής: πηγή, καταβόθρα, διπολική πηγή, σημειακός στρόβιλος, ροή γύρω από κύλινδρο, άντωση. δ) Δυναμική των ρευστών. Εξίσωση ορμής, εξίσωση Euler, νόμος Stokes για το ιξώδες, εξισώσεις Navier- Stokes, εξίσωση ενέργειας, νόμος Bernoulli και εφαρμογές. ε) Ειδικά θέματα: Οριακά στρώματα στη στρωτή και τυρβώδη ροή, σύμμορφη απεικόνιση.

Μετάδοση Θερμότητας με Μεταφορά

Έννοιες της φυσικής και εξαναγκασμένης μεταφοράς θερμότητας
Βασικοί αδιάστατοι αριθμοί
Διαστατική ανάλυση – Θεώρημα Vaschy – Buckingham
Παραμετρικές σχέσεις φυσικής και εξαναγκασμένης μεταφοράς στη φυσική και τυρβώδη ροή
Μικτή μεταφορά
Εφαρμογές

Μετάδοση θερμότητας με ακτινοβολία

Έννοια της θερμικής ακτινοβολίας
Βασικά ακτινομετρικά μεγέθη
Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας – ύλης. Οπτοθερμικοί συντελεστές
Μονοχρωματικά – ολοφασματικά / Κατευθυντικά – ημισφαιρικά μεγέθη
Μέλαν σώμα και νόμοι αυτού
Ανταλλαγή ακτινοβολίας μεταξύ πραγματικών σωμάτων – Παράγοντας μορφής
Εφαρμογές

Συνιστώμενη βιβλιογραφία προς μελέτη

Principles of Environmental Physics, J.L. Monteith and M. Unsworth, Second Edition, Arnold, London, 1990.

Environmental Physics, Egbert Boeker and Rienk van Grondelle, John Wiley and Sons, 1995.

The Climate Near the Ground, R. Geiger, Harvard University Press, Cambridge, Mass. 1965.

An Introduction to Environmental Biophysics, G.S. Campbell, Springer-Verlag, New York, 1977.

Boundary Layer Climates, T.R. Oke. Methuen, London, Second Edition, 1987.

Fundamentals of Soil Physics, D. Hillel, Academic Press, New York, 1980

Soil Physics with Basic, G.S. Campbell, Elsevier, Amsterdam, 1986

Man and his Thermal Environment, R.P. Clark and O.G. Edholm, Edward Arnold, London, 1985

An Introduction to the Enviromental Physics of Soil , Water and Watersheds Calvin W. Rose (2004) Cambridge Univ. Press.

Thermodynamics of Natural Systems (Second Edition) Greg Anderson (2005) Cambridge Univ. Press.

Understanding Environmental Pollution (Second Edition) Marquita K.Hill (2004) Cambridge Univ. Press.

Χ. Γεωργαλάς. «Παραδόσεις Μηχανικής των Ρευστών». Εκδόσεις Παν/μίου Πατρών, 1995.

Ν. Καφούσιας. «Μηχανική των Ρευστών». Εκδόσεις Παν/μίου Πατρών.

R. W. Fox, A.T. McDonald, P.J. Pritchard, “Introduction to fluid mechanics”, 2006, John Wiley & Sons.

S. Whitaker. “Introduction to fluid mechanics”, 1992, Krieger Pub. Co.

D.J. Tritton. “Physical Fluid Dynamics”. 1988, Oxford University Press.

J. Katz, A. Plotkin. “Low-speed aerodynamics”, 2001, Cambridge University Press

Αργυρίου Α. Α., Γιαννούλη Μ., (2010) Εισαγωγή στην Περιβαλλοντική & Ενεργειακή Φυσική. Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Αράκυνθος, Αθήνα.

Pitts D.R., Sisom L.E. Heat Transfer. McGraw-Hill, New York, 1977.

Siegel, R., Howell, J.R. Thermal radiation heat transfer, Hemisphere Publishing Corporation, Washington D.C., 1992.

Διδακτικές και μαθησιακές μέθοδοι

Παραδόσεις με χρήση διαφανειών ή/και παρουσιάσεις με powerpoint, φροντιστήρια με υποδειγματική επίλυση προβλημάτων, επίλυση προβλημάτων από τους φοιτητές.

Μέθοδοι αξιολόγησης/βαθμολόγησης

1) Παράδοση εργασιών επίλυσης προβλημάτων από τους φοιτητές (30% του τελικού βαθμού, υπολογίζεται μόνον όταν στην τελική εξέταση ο φοιτητής εξασφαλίσει το βαθμό 5)

2) Γραπτή εξέταση (70% του τελικού βαθμού)

Γλώσσα διδασκαλίας

Ελληνικά. Mπορούν όμως να γίνουν οι παραδόσεις στην αγγλική γλώσσα στην περίπτωση που αλλοδαποί φοιτητές παρακολουθούν το πρόγραμμα.

Tίτλος του μαθήματος	Περιβαλλοντική Φυσική
Κωδικός αριθμός μαθήματος	ΕΕΝ102
Τύπος του μαθήματος	Υποχρεωτικό
Επίπεδο του μαθήματος	Μεταπτυχιακό (ΜΔΕ)
Έτος σπουδών	Πρώτο
Εξάμηνο	Πρώτο
Πιστωτικές μονάδες ECTS	9
Όνομα του διδάσκοντος/των διδασκόντων	Α. Αργυρίου, Αν. Καθηγητής Γ. Λευθεριώτης, Επ. Καθηγητής
Επιδιωκόμενα μαθησιακά αποτελέσματα του μαθήματος	Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα μπορεί να 1. Κατανοεί σε βάθος τις έννοιες της διάδοσης θερμότητας, μεταφοράς μάζας και ορμής, καθώς και να τις εφαρμόζει για την επίλυση προβλημάτων που αφορούν το περιβάλλον. 2. Κατανοεί σε βάθος τις έννοιες της μηχανικής των ρευστών και να τις εφαρμόζει για την επίλυση προβλημάτων που αφορούν στις περιβαλλοντικές επιστήμες.
Δεξιότητες	Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει περαιτέρω αναπτύξει τις ακόλουθες δεξιότητες 1. Ικανότητα να επιδεικνύει γνώση και κατανόηση των ουσιωδών δεδομένων, εννοιών, αρχών και θεωριών που σχετίζονται με την περιβαλλοντική φυσική. 2. Ικανότητα να εφαρμόζει αυτή τη γνώση και κατανόηση στη λύση ποιοτικών και ποσοτικών προβλημάτων μη οικείας φύσης. 3. Ικανότητα να υιοθετεί και να εφαρμόζει μεθοδολογία στη λύση μη οικείων προβλημάτων. 4. Δεξιότητες μελέτης που χρειάζονται για τη συνεχή επαγγελματική ανάπτυξη.
Προαπαιτήσεις	Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα. Οι φοιτητές θα πρέπει να έχουν τουλάχιστον βασικές προπτυχιακές γνώσεις Γενικής Φυσικής, Διαφορικού και Ολοκληρωτικού Λογισμού, Γραμμικής Άλγεβρας και Διαφορικών Εξισώσεων.
Περιεχόμενα (ύλη) του μαθήματος	Μαθηματική εισαγωγή. Βασικοί νόμοι φυσικής περιβάλλοντος. Αντίσταση στις ροές. Μεταφορά ύλης, ενέργειας και ορμής. Διάδοση θερμότητας. Νόμος Fourier για την αγωγή. Γενική διαφορική εξίσωση αγωγής και λύσεις σε διάφορες γεωμετρίες. Μεταβολή της θερμοκρασίας με το βάθος στο έδαφος. Μορφές και μετατροπές ενέργειας. Πηγές ενέργειας. Ροή ενέργειας. Ισοδύναμες αντιστάσεις. Μοριακά φάσματα. Περιβαλλοντική φασματοσκοπία. Νόμοι ακτινοβολίας. Μέλαν σώμα. Φαιά σώματα. Θερμοδυναμικές διεργασίες. Μεταφορά θερμότητας. Αδιάστατες ομάδες. Αριθμοί Nusselt, Prandtl και Grashof. Κριτήρια ελεύθερης και εξαναγκασμένης μεταφοράς θερμότητας. Εφαρμογές. Μεταφορά μάζας. Νόμοι της διάχυσης. Αριθμοί Sherwood και Schmidt. Ακτινοβολία μικρού και μεγάλου μήκους κύματος. Ηλιακή ακτινοβολία. Ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες. Επίδραση στο περιβάλλον. Ατμόσφαιρα, ενεργειακό ισοζύγιο, κλίμα, υγρασία, άνεμος. Μεταφορά ρύπων. Μηχανική των ρευστών. α) Εισαγωγή: Αρχή του συνεχούς μέσου, ιξώδες, οριακό στρώμα, Νευτώνεια ρευστά, ιδανικά ρευστά, στρωτή- τυρβώδης ροή, αριθμός Re. β) Στατική των ρευστών: Τανυστής τάσεων, διαφορική εξίσωση στατικής των ρευστών, ρευστά που ισορροπούν υπό την επίδραση του βάρους τους, εφαρμογές. γ) Κινηματική των ρευστών: Ρευματικές γραμμές , παράγωγος κατά τη ροή, απόκλιση, θεώρημα Gauss, εξίσωση συνέχειας, ρευματική συνάρτηση, στροβιλισμός, δυναμικό ταχύτητας, κυκλοφορία, θεώρημα Stokes, νόμος Biot-Savart. Ιδανικό ρευστό και παραδείγματα ροής: πηγή, καταβόθρα, διπολική πηγή, σημειακός στρόβιλος, ροή γύρω από κύλινδρο, άντωση. δ) Δυναμική των ρευστών. Εξίσωση ορμής, εξίσωση Euler, νόμος Stokes για το ιξώδες, εξισώσεις Navier- Stokes, εξίσωση ενέργειας, νόμος Bernoulli και εφαρμογές. ε) Ειδικά θέματα: Οριακά στρώματα στη στρωτή και τυρβώδη ροή, σύμμορφη απεικόνιση. Μετάδοση Θερμότητας με Μεταφορά Έννοιες της φυσικής και εξαναγκασμένης μεταφοράς θερμότητας Βασικοί αδιάστατοι αριθμοί Διαστατική ανάλυση – Θεώρημα Vaschy – Buckingham Παραμετρικές σχέσεις φυσικής και εξαναγκασμένης μεταφοράς στη φυσική και τυρβώδη ροή Μικτή μεταφορά Εφαρμογές Μετάδοση θερμότητας με ακτινοβολία Έννοια της θερμικής ακτινοβολίας Βασικά ακτινομετρικά μεγέθη Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας – ύλης. Οπτοθερμικοί συντελεστές Μονοχρωματικά – ολοφασματικά / Κατευθυντικά – ημισφαιρικά μεγέθη Μέλαν σώμα και νόμοι αυτού Ανταλλαγή ακτινοβολίας μεταξύ πραγματικών σωμάτων – Παράγοντας μορφής Εφαρμογές
Συνιστώμενη βιβλιογραφία προς μελέτη	Principles of Environmental Physics, J.L. Monteith and M. Unsworth, Second Edition, Arnold, London, 1990. Environmental Physics, Egbert Boeker and Rienk van Grondelle, John Wiley and Sons, 1995. The Climate Near the Ground, R. Geiger, Harvard University Press, Cambridge, Mass. 1965. An Introduction to Environmental Biophysics, G.S. Campbell, Springer-Verlag, New York, 1977. Boundary Layer Climates, T.R. Oke. Methuen, London, Second Edition, 1987. Fundamentals of Soil Physics, D. Hillel, Academic Press, New York, 1980 Soil Physics with Basic, G.S. Campbell, Elsevier, Amsterdam, 1986 Man and his Thermal Environment, R.P. Clark and O.G. Edholm, Edward Arnold, London, 1985 An Introduction to the Enviromental Physics of Soil , Water and Watersheds Calvin W. Rose (2004) Cambridge Univ. Press. Thermodynamics of Natural Systems (Second Edition) Greg Anderson (2005) Cambridge Univ. Press. Understanding Environmental Pollution (Second Edition) Marquita K.Hill (2004) Cambridge Univ. Press. Χ. Γεωργαλάς. «Παραδόσεις Μηχανικής των Ρευστών». Εκδόσεις Παν/μίου Πατρών, 1995. Ν. Καφούσιας. «Μηχανική των Ρευστών». Εκδόσεις Παν/μίου Πατρών. R. W. Fox, A.T. McDonald, P.J. Pritchard, “Introduction to fluid mechanics”, 2006, John Wiley & Sons. S. Whitaker. “Introduction to fluid mechanics”, 1992, Krieger Pub. Co. D.J. Tritton. “Physical Fluid Dynamics”. 1988, Oxford University Press. J. Katz, A. Plotkin. “Low-speed aerodynamics”, 2001, Cambridge University Press Αργυρίου Α. Α., Γιαννούλη Μ., (2010) Εισαγωγή στην Περιβαλλοντική & Ενεργειακή Φυσική. Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Αράκυνθος, Αθήνα. Pitts D.R., Sisom L.E. Heat Transfer. McGraw-Hill, New York, 1977. Siegel, R., Howell, J.R. Thermal radiation heat transfer, Hemisphere Publishing Corporation, Washington D.C., 1992.
Διδακτικές και μαθησιακές μέθοδοι	Παραδόσεις με χρήση διαφανειών ή/και παρουσιάσεις με powerpoint, φροντιστήρια με υποδειγματική επίλυση προβλημάτων, επίλυση προβλημάτων από τους φοιτητές.
Μέθοδοι αξιολόγησης/βαθμολόγησης	1) Παράδοση εργασιών επίλυσης προβλημάτων από τους φοιτητές (30% του τελικού βαθμού, υπολογίζεται μόνον όταν στην τελική εξέταση ο φοιτητής εξασφαλίσει το βαθμό 5) 2) Γραπτή εξέταση (70% του τελικού βαθμού)
Γλώσσα διδασκαλίας	Ελληνικά. Mπορούν όμως να γίνουν οι παραδόσεις στην αγγλική γλώσσα στην περίπτωση που αλλοδαποί φοιτητές παρακολουθούν το πρόγραμμα.