Рабочая учебная программа по дисциплине: Термоэлектрогидродинамика слабопроводящих сред по направлению: 010900 «Прикладные математика и физика»



Скачать 189,38 Kb.
Дата18.10.2016
Размер189,38 Kb.




Министерство обра зования И науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Московский физико-технический институт (государственный университет)»

МФТИ(ГУ)

Кафедра «Физика высоких плотностей энергии"
«УТВЕРЖДАЮ»

Проректор по учебной работе

Ю.Н. Волков

2012 г.

.


Рабочая УЧЕБНАЯ Программа
по дисциплине: Термоэлектрогидродинамика слабопроводящих сред

по направлению: 010900 «Прикладные математика и физика»

магистерская программа: 010930 – Химическая физика

факультет: ФПФЭ

кафедра Физика высоких плотностей энергии

курс: 5 (магистратура)

семестры: осенний и весенний Диф. зачёт: 9 семестр,экзамен 10 семестр

Трудоёмкость в зач. ед.: вариативная – 3 зач. ед

в т.ч.:

лекции: вариативная часть – 66 час.

практические (семинарские) занятия: нет

лабораторные занятия: нет

самостоятельная работа: вариативная часть – (44ч) 1,0 зач. ед.
ВСЕГО Аудиторных часов 110
Программу составил к.ф.- м.н.,ст.н.с .Апфельбаум Михаил Семёнович

Программа обсуждена на заседании кафедры «Физика высоких плотностей энергии»

«____» _______________2012 г.


Заведующий кафедрой Член корр. РАН,д.ф.–м.н., профессор Петров О.Ф..

ОБЪЁМ УЧЕБНОЙ НАГРУЗКИ И ВИДЫ ОТЧЁТНОСТИ.


Вариативная часть, в т.ч. :

__3___ зач. ед.


Лекции

__66___ часов


Практические занятия

__–___ часов


Лабораторные работы

__–___ часов


Индивидуальные занятия с преподавателем

__–___ часов


Самостоятельные занятия

__44___ часов

ВСЕГО

3,0 зач. ед.

Итоговая аттестация

Дифференцированный зачет 9 семестр,экзамен 10 семестр




  1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

Цель курса - освоение студентами фундаментальных знаний в области электронных и ионных свойств слабопроводящих сред, изучение способов создания электрогидродинамических устройств и методов их исследования, а также областей их практического применения.

Задачами данного курса являются:

  • формирование базовых знаний в области физики как дисциплины, интегрирующей общефизическую и общетеоретическую подготовку физики жидккости и газа и обеспечивающей технологические основы современных инновационных сфер деятельности;

  • обучение студентов принципам создания электрогидродинамических устройств, выявление особенностей их функциональных характеристик в сравнении с гидродинамическими устройствами;

  • формирование подходов к выполнению исследований студентами в области термоэлектрогидродинамики в рамках выпускных работ на степень магистра.




  1. Место дисциплины в структуре ООП МАГИСТРАТУРЫ

Дисциплина Термоэлектрогидродинамика слабопроводящих сред _ включает в себя разделы, которые могут быть отнесены к вариативным части цикла __М.2__ (шифр цикла).



Дисциплина «Термоэлектрогидродинамика слабопроводящих сред» базируется на материалах курсов бакалавриата: базовая и вариативная часть кода УЦ ООП Б.2 (математический естественнонаучный блок) по дисциплинам «Высшая математика» (математический анализ, высшая алгебра, дифференциальные уравнения и методы математической физики,теория функций комплексного переменногог), блока «Общая физика» и региональной составляющей этого блока и относится к профессиональному циклу.

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
Освоение дисциплины «Термормоэлектрогидродинамика слабопроводящих сред» направлено на формирование следующих общекультурных и профессиональных компетенций магистра:

а) общекультурные (ОК):

  • способность использовать на практике фундаментальные знания для понимания сущностных явлений окружающего мира (ОК 1);

  • способность активно и целенаправленно применять полученные знания, навыки и умения для выбора тематики выполнения индивидуальной научно-исследовательской работы (ОК-2);

  • готовность работать с информацией в области и электронных и электронно-оптических свойств электрогидродинамических структур из различных источников: отечественной и зарубежной научной периодической литературы, монографий и учебников, электронных ресурсов Интернет (ОК-3);

  • способность работать в коллективе и применять навыки эффективной организации труда и командной работы (ОК-4).

б) профессиональные (ПК):

  • готовность использовать основные законы физики слабопроводящих жидкосей и и газов в последующей профессиональной деятельности в качестве научных сотрудников, преподавателей вузов, инженеров, технологов (ПК-1);

  • готовность к решению практических задач по экспериментальным исследованиям диэлектрических материалов (ПК-2);

  • готовность выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности в областях: электронных свойств термоэлектрогидродинамических структур,, физического материаловедения, теоретической физики жидкости и газа, привлекать для решения освоенный физико-математический аппарат (ПК-3);

  • готовность к творческому подходу в реализации научно-технических задач, основанному на систематическом обновлении полученных знаний, навыков и умений и использовании последних достижений в областях электронных и ионных свойств электрогидродинамических структур, и физического материаловедения (ПК-4);

  • способность к созданию математических и физических моделей исследуемых процессов, явлений и объектов, относящихся к профессиональной сфере (ПК-5);

  • способность применять на практике умения и навыки в организации исследовательских работ и проводить научные исследования, готовность к участию в инновационной деятельности (ПК-6).




  1. конкретные Знания, умения и навыки, формируемые в результате освоения дисциплины


В результате освоения дисциплины Термоэлектрогидродинамика слабопроводящих сред,_обучающийся должен:

    1. Знать:

  • место и роль общих вопросов науки в научных исследованиях;

  • современные проблемы физики, химии, математики;

  • теоретические модели фундаментальных процессов и явлений в физике и ее приложениях;

  • принципы симметрии и законы сохранения;

  • новейшие открытия естествознания;

  • постановку проблем физико-химического моделирования;

  • о взаимосвязях и фундаментальном единстве естественных наук.

    1. Уметь:

  • эффективно использовать на практике теоретические компоненты науки: понятия, суждения, умозаключения, законы;

  • представить панораму универсальных методов и законов современного естествознания;

  • работать на современном экспериментальном оборудовании;

  • абстрагироваться от несущественных влияний при моделировании реальных физических ситуаций;

  • планировать оптимальное проведение эксперимента.

    1. Владеть:

  • планированием, постановкой и обработкой результатов физического эксперимента;

  • научной картинойтермоэлектрогидродинамики в мире;

  • навыками самостоятельной работы в лаборатории на современном экспериментальном оборудовании;

  • математическим моделированием физических задач.




  1. Структура и содержание дисциплины

    1. Структура преподавания дисциплины

Перечень разделов дисциплины и распределение времени по темам


№ темы и название

Количество часов

1. Уравнения аррениусовского типа и их применения для анализа макроскопической квавзиклассической термоионизации(термодиссоциации)газообразных и жидких слабоионизованных(слабопроводящих)сред в электрическом поле

4

2. Зависимость предпробойной проводимости жидких диэлектрикоа и слабых электролитов от температуры и модуля напряжённости электрического поля по Онзагеру-Френкелю

4

3. Образование предпробойного объёмного заряда в слабопроводящих средах.Пространственные распроеделения предпробойных электрических полей,самосогласованных с полем образующегося объёмного заряда.

8

4.Образование идеальной и неидеальной плазмы при нагреве,горении и электризации слабопроводящих сред

7

5.Эволюция электропроводности от низковольтной к высоковольтной. Замкнутая система уравнений термоэлектрогидродинамики слабопроводящих сред.

6

6. Критерии подобия термоэлектрогидродинамических явлений

6

7. Методы решений уравнений термоэлектрогидродинамики

9

8. Физика диэлектриков с пониженной проводимостью

8

9. Углеродные структуры в молекулах слабопроводящиз жидких теплоносителей.Течения слабопроводящих жидких теплоносителей в предпробойных электрических полях с учётом влияния молекулярного состава на их интенсивность

18

10. Влияние предпробойных течений слабопроводящих маслянных теплоносителей на охлаждение маслонаполненного высоковольтного оборудования

10

11. Процессы переноса заряженных и нейтральной компонент слабопроводящих жидких диэлектриков в предпробойных электрических полях

12

12. Распределения электрических полей в плоских и осесимметричных струях продуктов горения слабопроводящих сред

6

13.Распределения электрических полей у уединённых дисперсионных частиц в слабопроводящих дисперсных средах

12

ВСЕГО( зач. ед.(часов))

110 час. (3 зач.ед.)


Вид занятий

ЛЕКЦИИ

№ п.п.

Темы

Трудоёмкость в зач. ед.

(количество часов)



1

Теплофизика и электрофизика

2

2

Слабопроводяшие жидкие и газообразные диэлектрики – достижения и проблемы

2

3

Оборудование для исследований в термоэлектрогидродинамике

4

4

Молекулярная электрофизика

4

5

Слабопроводящие диэлектрические среды

4

6

Размерные эффекты в слабопроводящих диэлектриках

4

7

Методы формирования высоковольтных структур и предробойных течений таких

6

8

Физика слабопроводящих диэлектриков

4

9

Углеродные структуры, их ионные свойства

10

10

Диэлектрические наноструктуры,тонкие струи слабопроводящих диэлектриков от игольчатых высоковольтных электродов

6

11

Процессы переноса для случаев слабопроводящих жидкостей и газов в электрических и магнитных полях

8

12

Оптические и электрооптические процессы в слабопроводящих диэлектриках(Эффект Керра)

4

13

Устройства электрон-ионной технологии на основе слабопроводящих диэлектрических структур

8

ВСЕГО ( зач. ед.(часов))

66


ВИДЫ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

№ п.п.

Темы

Трудоёмкость в зач. ед.

(количество часов)



1.

- изучение теоретического курса - выполняется самостоятельно каждым студентом по итогам каждой из лекций, результаты контролируются преподавателем на лекционных занятиях, используются конспект лекций, учебники,обзорные статьи рекомендуемые данной программой;

22

2.

- решение задач по заданию (индивидуальному где требуется) преподавателя– решаются задачи, выданные преподавателем по итогам лекционных занятий и сдаются в конце семестра, используются конспект (электронный) лекций, учебники, рекомендуемые данной программой, а также сборники задач, включая электронные.


14

3.

Подготовка к зачету с оценкой

8

ВСЕГО ( зач. ед.(часов))

44 часа (1 зач.ед.)




    1. Содержание дисциплины

Развёрнутые темы и вопросы по разделам

п/п


Название модулей

Разделы и темы лекционных занятий

Содержание

Объем

Аудиторная работа

(зачетные

единицы/часы)


Самостоятельная работа

(зачетные

единицы/часы)


1




Макроспическая физика и термоэлектрогидродинамика

Основные тенденции развития термоэлектрогидродинамики. Основные понятия и величины. .

2

2

2




Электрогидродинамическая технология – достижения и ограничения

Обзор современных достижений конструирования электрогидродинамических устройств, основных проблем, . Задачи и практические требования, предъявляемые к электрогидродинамическим устройствам.

2

2

3




Оборудование для исследований в термоэлектрогидродинамике

Миллиамперметры и киловольтметры. Электронные микроскопы.Зондовые микроскопы: туннельные, атомно-силовые, оптические микроскопы ближнего поля. Высокочувствительные приборы измерения электрических свойств .

4

4

4




Молекулярная(атомная) термическая ионизация и диссоциация

Молекулярные доноры и акцепторы элек

тронов. Нелинейные ВАХ как следствие. влияния . предпробойного электрического поля.ь на объёмную скорость ионизации(диссоциации).



4

3

5




Слабопроводящие(слабоионизованные) среды

Химические реакционно-диффузионные среды и средства обработки информации. . Принципы обработки информации реакционно-диффузионными устройствами.

4

2

6




Размерные эффекты в слабопроводящих жидких диэлектриках и полупроводниках

Плотность состояний и размерность системы. Движение носителей заряда в электрическом поле. Подвижность зарядов. Туннелирование носителей заряда. Свободная поверхность и межфазные границы.

4

2

7




Методы формирования предпробойных структур

Влияние предробойного электрического поля на на потенциал ионизации атомов и. энергию молекул .

6

3

8




Физика полупроводников и диэлектриков с пониженной размерностью

. Прямоугольная и треугольная потенциальная яма конечной глубины. Влияние предпробойных напряжений на валентную зону. .

4

4

9




Углеродные структуры, их электронные свойства

Способы формирования атомов углерода в средах типа трансформаторного масла. . Автоэлектроннаяи термоэлектронная эмиссии нагретых и холодных катодов в углеродные структуры. Применения холодных катодов при комнатных температурах.

10

8

10




Полупроводниковые и диэлектрические структуры

Аналогии и отличие предпробойных режимов в слабопроводящих полупроводиках и диэлектриках


6

4

11




Процессы предпробойного переноса в слабопроводящих структурах в электрических и магнитных полях

Продольный перенос. Механизмы рассеяния и прилипания электронов. Экспериментальные данные по продольному переносу. Продольный перенос горячих электронов. Поперечный перенос. Туннелирование. Влияние предробойных электрических полей на свойства слабопроводящих сред в наноструктурах. Квазиклассическая проводимость. Формулы Френкеля, Онзагера,



8

4

12




Электрооптические процессы в диэлектрических структурах

Оптические свойства слабопроводящих диэлектриков. Оптические характеристики и электрооптические эффекты.

.


4

2

13




Электрогидродиннамический тепломассообмен

Модуляционно-теплоотдачи в высоковольтном оборудовании

8

4




  1. Образовательные технологии

В учебном процессе используются следующие образовательные технологии:

№ п/п

Вид занятия

Форма проведения занятий

Цель

1

Лекция

Изложение теоретического материала

Получение теоретических знаний по дисциплине

2

Лекция

Изложение теоретического материала с помощью презентаций

Повышение степени понимания материала

3

Лекция

Разбор конкретных примеров применения эффектов в твердых телах для реализации функциональных устройств

Осознание связей между теорией и практикой, а также взаимозависимостей разных дисциплин

4

Самостоятельная работа студента

Решение задач

Повышение степени понимания материала

  1. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

Контрольно-измерительные материалы

Перечень контрольных вопросов для сдачи дифференцированного зачёта в 9-ом семестре;



  1. Основные понятия и величины термоэлектрогидродинамики.

  2. Принцип построения систем взаимодействия предпробойного электрического поля со слабопроводящими средами. Конструирование электрогидродинамических устройств

  3. Обрзование объёмного заряда в слабопроводящих средах.

  4. Влияние объёмного заряда на предпробойное электрическое поле.

  5. Кулоновские силы предпробойного электрического поля.приложенные к слабопроводящим средам

  6. Зондовые задачи.

  7. Нелинейные вольт-тамперные характеристики в слабопроводящих средах

  8. Химические реакционно-диффузионные среды и средства обработки информации.

  9. Реакционно-диффузионный процесс при взаимодействии предпробойного электрического поля со слабопроводящей средой.

  10. Плотность состояний и размерность системы.

  11. Транспорт носителей заряда. Подвижность зарядов. Туннелирование носителей заряда.

  12. Методы формирования предпробойных структур.

  13. .Электронно-ионнаятехнологгия .

  14. Основные исходные термоэлектрогидродинамические характеристики

  15. Прямоугольная потенциальная яма конечной глубины. Параболическая и треугольная квантовые ямы. Параболическая потенциальная яма.

  16. Влияние напряженности предпробойного электрического поля на величину максимума потенциального барьера..

  17. Способы гибридизации атомов углерода.

  18. Электрогидродинамические течения кремний органических жидкуостей и слабопроводящих теплоносителей типа трансформаторного масла на углеродной основе .

  19. Электрогидродинамические наноустройства.

  20. Критерии аналогии тонких струй Ландау и течений оттонких высоковольтных электродов.

  21. Электрогидродинамические решения уравнений пограничного слоя с внешней кулоновской силой.

  22. Решения уравнений электрогидродинамического тепломассообмена. .

  23. Концепция аналогии электрогидродинамики и магнитной гидродинамики.

  24. Процесс переноса в наноструктурах в электрических полях. Экспериментальные данные по переносу.

  25. Диффузионный перенос.

  26. Электрическое поле тонкой струи продуктоа горения слабопроводящих сред.

  27. Влияние электрических полей на свойства молекул слабопроводящих сред.

  28. Воздействие магнитного поля на термоионизованные струи.

  29. Поведение систем пониженной размерности в электрических и магнитных полях.

  30. Уравненияь состояния двумерных систем в электромагнитных полях.

  31. Использование электрогидродинамического эффекта в электрофильтрах.

  32. Электрогидродинамические явления в электродегидраторах нефти.

  33. Влияние электрогидродинамики на охлаждение трансформаторов.

  34. Электрические разряды в высоковольтных трансформаторах.



  1. Материально-техническое обеспечение дисциплины

    1. Необходимое оборудование для лекций и практических занятий: компьютер и мультимедийное оборудование (проектор, звуковая система)

    2. Необходимое программное обеспечение

    3. Обеспечение самостоятельной работы - базы данных по журналам Physical Review, ,Journal of Apply Physics, Jourrnal of Electrostatics




  1. Наименование возможных тем курсовых работ учебным планом не предусмотрено

  2. ТЕМАТИКА И ФОРМЫ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ РАБОТЫ учебным планом не предусмотрено

  3. ТЕМАТИКА ИТОГОВЫХ РАБОТ учебным планом не предусмотрено

  4. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

    1. Основная литература.

1. Штиллер В.Уравнение Аррениуса и неравновесная кинетика.Москва,”Мир”,2000,176 c.

2. Райзер Ю.П.Физика газового разряда.Москва,”Наука”,1992,536 c/.

3. Остроумов Г.А. Взаимодействие электрических. И гидродинамических полей, Москва,”Наука”, 1979. 319с.

4. Верещагин И,П., Левитов В.И.Мирзабекян Г.З.,Пашин М.М.Основы элеткрогазодинамики дисперсных систем,Москва,”Энергия”, !974. 480 с..

5. Ландау Л.Д.и Лифшиц Е.М.: Электродинамика сплошных сред, -., Москва: “Наука”1988 - 651 с.

6. Ландау Л.Д. и Лифшиц Е.М. Гидромеханика Москва: “Наука”, 1988. 736с.

7. Апфельбаум М.С. О распределениях электрических полей в плоских и осесимметричных частично заряженных стационарных струях//,Электронная обработка материалов, 2009,№2. , c.29-46


    1. Дополнительная литература.

Апфельбаум М.С.Уравнения равновесной ионизации продуктов горения в электрическом поле//Физика горения и взрыва.1988,№2,c.60-65

    1. Электронные ресурсы, включая доступ к базам данных и . т.д.

Информационные ресурсы: Журналы по физике ;жидкости и газа ( ЖТФ, Письма в ЖТФ, ЖЭТФ, Physical Review B и др.), доступные через Internet научные и научно-технические журналы: http://scitation.aip.org/, http://www.sciencemag.org/ электронные конспекты лекций, учебные пособия и сборники задач, разработанные для данного курса.

Программу составил



Апфельбаум М С. к.ф.–м.н.,с.н.с.

«10_____»октября_________2012 г.

Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница