|
ПРОГРАММА
вступительного испытания в магистратуру в форме экзамена
по направлению
223200.68 Техническая физика
Содержание программы
1. Экспериментальные методы исследований
Физические приборы: классификация по назначению; по отраслям назначения; принципу действия. Классификация приборов: по методам измерения; по конструктивному оформлению. Измерительные приборы, установки, информационные системы. Способы вывода информации с измерительных приборов. Параметры измерительных приборов: чувствительность, порог чувствительности, класс точности, постоянная времени, надежность. Методы измерения линейных величин. Оптиметр. Измерительный микроскоп. Измерительный проектор. Компаратор. Катетометр. Нивелир. Дальномер. Локатор. Эхолот. Методы измерения угловых величин и угловой ориентации приборов. Гониометр. Коллиматор. Буссоль. Кипрегель. Теодолит. Секстан. Магнитный компас. Гирокомпас. Методы определения площади поверхности и объема. Методы определения расхода жидкостей и газов. Методы определения давления в потоках: трубки Пито, Прандтля и Вентури. Методы определения временных промежутков. Кварцевые и квантовые часы. Таймеры. Реле. Частотомеры. Экспериментальные методы измерения угловых и линейных скоростей. Тахометры (индукционные, оптические, стробоскопические). Радарные и лазерные спидометры. Баллистические маятники.
2. Физика наноматериалов
Нанотехнологии и наноматериалы. Физические принципы, положенные в основу получения малых частиц. Классификация наноматериалов. Высокоэнергетические методы воздействия на материалы. Способы их реализации на практике. Механическое измельчение. Электрическое диспергирование. Пропускание через решетки, коагуляция при перемешивании. Измельчение при ударе струи о препятствие. Распыление сжатым газом. Конденсация в вакууме или в газе при пониженном давлении. Хим. реакции в высокотемпературных потоках плазмы ВЧ-, СВЧ-, и дугового разряда. Метод испарение-конденсация и плазмохимический методы получения наноматериалов. Фазовые превращения, лежащие в основе получения ультрадисперсных частиц. Физические и химические методы.
Способы и схемы создания импульсной нагрузки. Параметры на ударно-волновом фронте. Роль ширины фронта на условия синтеза. Химические реакции в ударной волне. Безампульный метод. Плоское нагружение. Осесимметричные устройства. Ампулы сохранения.
Открытие детонационного синтеза. Детонация по Чепмену-Жуге. Зона химической реакции в детонационной волне. Алмазы и методы их получения. Фазовая диаграмма углерода. Механические и физические свойства алмазов. Схемы получения искусственных алмазов. Промышленный синтез наноалмазов. Автоматизация процесса. Проблемы и перспективы.
Взрывчатые вещества и их свойства. Устройство и назначение взрывных камер и их применение. Расчет основных характеристик взрывных камер. Использование камер для получения наноматериалов. Новые схемы получения наноматериалов и их соединений из нестойких к импульсным нагрузке и нагреву. Возможности новых схем и их физические ограничения.
Взрывающиеся проволочки. Влияние на дисперсность нанопорошков металлов и структуры наночастиц диаметра проводника, давления и температуры и условий их пассивации. Процедуры деагломерации. Коагуляция и коалесценция кластеров в расширяющихся продуктах взрыва. Зависимость фрактальной размерности зависит от удельного энергосодержания взрывающегося проводника. Области применения электровзрывных нанопорошков.
Нанокерамики. Особые свойства нанокерамики. Приборы наноэлектроники Зависимость свойств от размера частиц. Метод сухого ультразвукового прессования керамических нанопорошков. Высокопрочные термостойкие композиционные материалы. Назначение, основные функциональные показатели. Область применения. Основания для выбора Состояние и тенденция развития.
Что такое нанотрубка. Свойства нанотрубок. Транзистор на основе нанотрубки. Память на основе нанотрубки. Механические свойства нанотрубок.
Новая форма углерода. Аллотропные молекулярные формы углерода. Способы получения. Методы выделения и изучения фуллеренов. Свойства фуллеренов. Модификация фуллеренов.
Перспективы развития методов получения и областей применения наноматериалов в биологии и медицине, здравоохранении. Упрочнение поверхности цветных металлов.
3. Физическая химия наноматериалов
Термодинамическое описание поверхностного слоя: объединенное уравнение первого и второго законов термодинамики для гетерогенных систем; метод избыточных величин Гиббса; поверхностная энергия и поверхностное натяжение. Влияние дисперсности на термодинамические свойства тел: уравнение Лапласа; влияние дисперсности на приращение энергии Гиббса и величину химического потенциала; уравнение Кельвина; влияние дисперсности на температуру фазовых переходов; правило фаз Гиббса для дисперсных систем. Физико-химические явления на межфазных границах: адгезия и смачивание; термодинамическое рассмотрение адсорбции; фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса. Адсорбция из растворов; образование двойного электрического слоя и его строение. Устойчивость и коагуляция дисперсных систем: термодинамическая агрегативная устойчивость; факторы агрегативной устойчивости дисперсных систем; теория ДЛФО. Наноматериалы: определение; размерные эффекты; получение и свойства наноструктурированных материалов.
4. Спектроскопия
Спектральные термы. Комбинационный принцип Ритца. Основные квантовые законы. Теория атома водорода по Бору. Cпектральные серии и уровни атома водорода. Вырожденные и невырожденные уровни энергии. Спонтанные и вынужденные переходы. Время жизни возбужденных состояний. Дипольное излучение. Сила осциллятора.
Ширина спектральных линий. Естественная ширина уровней энергии и спектральных линий. Уширение спектральных линий, обусловленное тепловым движением и взаимодействием частиц. Интенсивность спектральных линий Мощность испускания, поглощения и населенностей уровней. Основные законы равновесного излучения. Коэффициенты поглощения. Неравновесные спектры испускании. Элементы квантовой
Квантование моментов количества движения и их проекций. Сложение моментов количества движения. Магнитные моменты и их связь с механическими моментами.
Спектры атома водорода и водородоподобных ионов. Квантовая теория атома водорода. Правило отбора и вероятности переходов для одноэлектронных атомов. Тонкая структура уровня энергии спектральных линий. Сложение орбитальных и спиновых моментов и типы связей. Общая характеристика нормальной связи. Мультиплетность. Мультиплетное расщепление. Правило отбора. Термы эквивалентных и неэквивалентных электронов.
Одноэлектронные спектры атомов с одним внешним s –электроном.
Основной уровень атомов щелочных металлов. Возбужденные уровни и спектральные серии атомов щелочных металлов Дублетная структура уровней атомов щелочных металлов. Влияние внешнего магнитного поля на атомные термы. Эффект Зеемана Расщепление уровней энергии в магнитном поле.
Виды движения в молекуле и типы молекулярных спектров. Разделение энергии молекулы на части и основные типы спектров. Порядок величин электронной, колебательной и вращательной энергий. Вращение молекул и вращательные спектры линейных молекул. Колебательно-вращательные спектры двухатомной молекулы. Вращательная структура колебательно-вращательных полос
Электронные спектры двухатомных молекул Классификация электронных состояний двухатомной молекулы как целого. Колебательная структура электронных переходов. Принцип Франка-Кондона и относительные интенсивности электронно-колебательных полос. Вращательная структура электронно-колебательных полос. Правила отбора и типы электронных переходов. Электронные спектры двухатомных молекул.
5. Материалы и элементы электронной техники
Основные сведения о строении материалов и их классификация. Основные характеристики и классификация проводников. Проводящие и резистивные материалы. Резистивные элементы. Электрофизические свойства полупроводников. Полупроводниковые материалы. Основные физические процессы в диэлектриках. Пассивные диэлектрики. Основные характеристики и типы конденсаторов. Активные диэлектрики и элементы функциональной электроники. Магнитные материалы и компоненты. Методы исследования материалов и элементов электронной техники
6. Квантовая и оптическая электроника
Взаимодействие электромагнитного излучения с атомами и молекулами. Усиление и генерация электромагнитного излучения. Свойства, распространение и преобразование лазерных пучков. Линейная кристаллооптика. Нелинейная оптика. Оптические явления в однородных полупроводниках и гетероструктурах. Мазеры. Газовые лазеры. Твердотельные и жидкостные лазеры. Светодиоды и полупроводниковые лазеры. Фотоприемники и приборы управления оптическим излучением. Оптические методы передачи и обработки информации.
7. Физика твердого тела и полупроводников
Структура и симметрия идеальных и реальных кристаллов. Дифракция в кристаллах и обратная решетка. Тепловые свойства кристаллов. Фононы. Модель свободных электронов. Основы зонной теории, классификация твердых тел. Примитивная ячейка Вигнера – Зейтца. Положение узлов элементарной ячейки, кристаллографические плоскости и направления. Экспериментальное определение структуры кристаллов. Условие дифракции Брэгга. Экспериментальные дифракционные методы. Метод Лауэ. Метод вращения кристалла. Метод порошка. Обратная решётка. Определение обратной решетки. Условие дифракции Лауэ и построение Эвальда Собственные области узлов обратной решётки (первая зона Бриллюэна). Диэлектрические и магнитные свойства. Сверхпроводимость. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Основные полупроводниковые материалы. Некристаллические полупроводники. Кинетические явления в полупроводниках. Неравновесные электронные процессы в полупроводниках. Контактные явления; электронно-дырочный переход. Поверхностные электронные состояния, эффект поля. Фотоэлектрические и акустоэлектронные явления. Оптика полупроводников. Сильно легированные полупроводники. Квантово-размерные структуры.
8. Физика электронных и ионных процессов
Поверхностный потенциальный барьер и работа выхода материала. Термоэлектронная эмиссия. Термодесорбция. Поверхностная ионизация. Полевая эмиссия Фотоэлектронная и вторичная эмиссия Эффективные эмиттеры электронов. Электронно-стимулированная десорбция. Ионно-электронная эмиссия. Обратное рассеяние ионов. Катодное распыление. Анизотропия эмиссионных свойств монокристаллов. Электрический ток в газах, типы электрического разряда. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях Классификация электронных линз, их аберрации. Формирование пучков высокой плотности.
9. Математические модели электронных систем
Принципы численного моделирования физических процессов в электронных системах. Численные методы интерполяции, интегрирования и дифференцирования. Приближенные и численные методы решения нелинейных уравнений и обыкновенных дифференциальных уравнений. Численный гармонический анализ. Метод Монте-Карло. Аппаратное и программное обеспечение численных расчетов и моделирования. Методы оптимизации расчета электронных устройств. Обратные и некорректные задачи физической электроники и методы их решения.
10. Тепломассообмен
Основные режимы течения жидкости в трубе, их особенности, связь вида режима со значением чисел Рейнольдса. Основные типы трубных пучков, сопоставление теплоотдачи при их обтекании. Теплообменные аппараты, назначение, классификация, конструктивные схемы. Виды и содержание тепловых расчетов теплообменных аппаратов. Уравнения подобия. Типичный вид уравнения подобия для расчета теплоотдачи, виды поправочных коэффициентов. Закон Фурье: формула и смысл. Коэффициент теплопроводности. Теплопроводность при наличии внутренних источников теплоты – физический и практический смысл, особенности теплового поля. Основные схемы и особенности свободной конвекции в замкнутом объеме.
11. Теплопередача в промышленных аппаратах
Теплообменники (ТА). Типы. Методы интенсификации теплообмена. Теплообменники. Тепловой расчет. Тепловые трубы. Принцип действия. Предельные температурные режимы работы тепловой трубы. Расчет систем охлаждения с однофазным и кипящим теплоносителем. Ядерные и термоядерные реакторы. Основные понятия. Общие сведения о жидкостных ракетных двигателях. Теплообмен путем теплопроводности, путем конвекции, лучистый теплообмен в жидкостных ракетных двигателях.
Основная литература
1. , , . Высокоэнергетические методы получения ультрадисперсных и наноматериалов. Конспект лекций. Красноярск, ИПК СФУ, 2008, 242с.
2. , , . Высокоэнергетические методы получения ультрадисперсных и наноматериалов. Методические указания к практическим занятиям. Красноярск, ИПК СФУ, 2008, 51 с.
3. Фролов, Ю. Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы: учебник для вузов / Ю. Г. Фролов. 3-е изд. – М.: Альянс-Пресс, 2004. – 464 с.
4. Андриевский, Р. А. Наноструктурные материалы / Р. А. Андриевский. М.: Академия, 2005. 178 с.
5. Чиганова, Г. А. Физико-химия ультрадисперсных материалов: учеб. пособие / Г. А. Чиганова, А. И. Лямкин. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. – 100 с.
6. Чиганова, -химические свойства ультрадисперсных материалов : конспект лекций / . - Красноярск : ИПК СФУ, 2008. – 123 с. – (Физико-химические свойства ультрадисперсных материалов : УМКД / рук. творч. коллектива ).
7. Лямкина, , . Красноярск: ИПЦ КГТУ-2004.
8. Теплообмен в ядерных энергетических установках: Учебное пособие /, , и др. – 3-е изд., перераб и доп. – М.: Изд-во МЭИ, 2003. – 548 с.
9. Теплотехника: Учебник для втузов/ , и др. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. – 712 с.
Дополнительная литература
1. Сквайрс Дж. Практическая физика./ Дж. Сквайрс, М., Мир, 1971.
2. Новицкий погрешностей результатов измерений./ , , Л., Энергоатомиздат, 1985.
3. Основы анализа поверхности и тонких пленок./ Л. Фелдман, Д. Майер, М., Мир. 1989.
4. Долматов алмазы детонационного синтеза. Получение, свойства, применение. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 20с.
5. Даниленко и спекание алмаза взрывом. — М.: Энергоатом, 2003. — 271 с.
6. , Дж. : Техносфера, 2010.-
336 с.
7. Суздалев . Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов КомКнига, 200 стр
8. Гусев, А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А. И. Гусев. - М: ФИЗМАТЛИТ, 20c.
9. Рыжонков, Д. И. Ультрадисперсные системы: получение, свойства, применение: учеб. пособие / Д. И. Рыжонков, В. В. Левина, Э. Л. Дзидзигури. – М.: «Учеба», 2006. – 182 с.
10. Джейкок, М. Химия поверхностей раздела фаз / М. Джейкок, Дж. Парфит. - М.: Мир, 19с.
11. Ролдугин, поверхности / . – Долгопрудный: Интеллект, 2008. – 565 с.
12. Пул, Ч. Нанотехнологии / Ч. Пул, Ф. Оуэнс. М.: Техносфера, 20с.
13. . Атомная и молекулярная спектроскопия - М; Наука,1962г.
14. . Техника оптической спектроскопию - М; Из-во МГУ, 1977 г.
15. . Атомная физика. Т 1. - М; Наука, 1974 г.
16. . Атомная физика. Т 2. - М; Наука, 1974 г.
17. Оптические элементы спектральной техники. Учебное пособие./ Сост. , . Красноярск : КГТУ- 1996.
18. Уширение спектральных линий. Учебное пособие./ Сост. . Красноярск : КГТУ - 1998.
19. Ч. Киттель. Введение в физику твердого тела. Мир,1978.
20. А. Керрингтон, Э. Мак-Лечлан. Магнитный резонанс и его применение в химии. Мир. 1970.
21. . Введение в физику твердого тела. МГУ,1984.
22. Ч. Сликтер. Основы теории магнитного резонанса. Мир,1967.
23. . Экспериметальная техника в физике низких температур. Издательство Физ.-мат. литературы, 1961.
24. , Сорокин B. C., Терехов электронной техники. Задачи и вопросы. - СПб.: Лань, 2001.
25. Физика твердого тела (т. 1,2).- М.: Мир, 1979.
26. , Буряк B. C., , Марин приборы СВЧ. М: Изд. ВШ. 19с.
27. Блейкмор Дж. Физика твердого тела. - М.: Мир, 1988.
28. Бонч-, , Миронов задач по физике полупроводников. М.: Наука, 1987.
29. Бугаев СП., , Черепенин ские многоволновые СВЧ генераторы. Новосибирск: Наука СО. 19с.
30. , , Сахаров физики плазмы. - М., Атомиздат, 1977.
31. , , Сахаров физики плазмы. М.: Атомиз
32. С, Дашевский полупроводников и диэлектриков - М.,: Металлургия, 1988.
33. , Гомоюнова электроника. М.: Наука, 1966.546 с.
34. Ермаков СМ. Метод Монте-Карло и смежные вопросы. М. Наука. 19с.
35. Райзер газового разряда. - М., Наука, 1987.
36. Розанов техника. - М., Высшая школа, 1990.
37. Теплотехника: Учебник для вузов/ , и др.; Под ред. . – 3-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 2002. – 671 с.
38. , Григорьев . : Изд-во МЭИ, 2005. – 550 с.
Перечень вопросов к экзамену.
1. Классификация приборов по принципу действия.
2. Датчики приборов.
3. Измерительные приборы и установки.
4. Способы вывода информации с измерительных приборов.
5.Параметры измерительных приборов: чувствительность, порог чувствительности, класс точности, постоянная времени, надежность.
6. Методы измерения линейных величин.
7. Методы измерения угловых величин и угловой ориентации.
8. Методы определения площади поверхности и объема. Методы определения расхода жидкостей и газов.
9. Методы определения временных промежутков.
10. Экспериментальные методы измерения угловых и линейных скоростей.
11. Нанотехнологии и наноматериалы. Классификация наноматериалов
12. Высокоэнергетические методы воздействия на материалы. Способы их реализации на практике
13. Открытие детонационного синтеза.
14. Взрывчатые вещества и их свойства
15. Алмазы и методы их получения. Фазовая диаграмма углерода.
16. Синтез наноалмазов
17. Устройство и назначение взрывных камер и их применение
18. Нанокерамики. Особые свойства нанокерамики
19. Что такое нанотрубка. Свойства нанотрубок
20. Области применения наноматериалов.
21. Поверхностный слой и поверхностная энергия
22. Влияние дисперсности на приращение энергии Гиббса
23. Уравнение Кельвина
24. Влияние дисперсности на температуру фазовых переходов
25. Адсорбция, фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса
26. Строение двойного электрического слоя на поверхности частиц
27. Факторы агрегативной устойчивости дисперсных систем
28. Основные методы получения наноструктурированных материалов
29. Особенности структуры и свойств наноструктурированных материалов
30. Размерные эффекты, определяющие специфику наноматериалов
31. Спектр атома водорода. Сериальные закономерности
32. Модель атома водорода по Бору
33. Описание излучения и поглощения спектральных линий с помощью вероятностей переходов.
34. Атом водорода. Квантовые числа
35. Естественная ширина спектральных линий
36. Доплеровская ширина спектральных линий
37.Символическое обозначение атомных состояний
38. Общая характеристика спектров атомов с одним валентным электроном 39. Тонкая структура энергетических уровней атома и спин
40. Виды движения в молекулах и типы молекулярных спектров
35. Экспериментальные дифракционные методы определения структуры кристаллов. Условие дифракции Вульфа-Брэгга.
36. Типы связей в кристаллах: кристаллы инертных газов, ковалентная связь. Взаимное отталкивание атомов.
37. Типы связей в кристаллах: ионная связь, металлическая связь, водородная связь. Сравнение различных типов связей по энергии.
38. Упругие свойства кристаллов. Тензор напряжений. Тензор деформаций. Соотношения между деформацией и напряжением.
39. Колебания кристаллической решётки. Колебания в решётке из одинаковых атомов. Решётка с двумя (и более) атомами в ячейке.
40. Понятие о фононах. Теплоёмкость решётки, модели Эйнштейна и Дебая.
41. Образование энергетических зон в кристалле. Энергия Ферми и эффективная масса электрона. Плотность электронных состояний. Классификация твёрдых тел по типу энергетических зон.
42. Равновесное тепловое распределение электронов в металлах (распределение Ферми - Дирака). Тепловое возбуждение электронов. Электронная теплоёмкость.
43. Экспериментальные факты по сверхпроводимости. Природа сверхпроводимости.
44. Собственные и примесные полупроводники. Уровень Ферми в собственных и примесных полупроводниках. Электрические свойства собственных полупроводников, закон действующих масс.
45. Электрические свойства диэлектриков. Вычисление макроскопического и локального электрических полей в диэлектрике. Основные типы поляризаций. Сегнетоэлектрики.
46. Основные сведения о строении материалов и их классификация.
47. Основные характеристики и классификация проводников. Проводящие и резистивные материалы.
48. Резистивные элементы.
49. Пассивные диэлектрики.
50. Основные характеристики и типы конденсаторов.
51. Активные диэлектрики и элементы функциональной электроники.
52. Взаимодействие электромагнитного излучения с атомами и молекулами.
53. Усиление и генерация электромагнитного излучения.
54. Свойства, распространение и преобразование лазерных пучков.
55. Оптические явления в однородных полупроводниках и гетероструктурах.
56. Светодиоды и полупроводниковые лазеры.
57. Структура и симметрия идеальных и реальных
58. Оптика полупроводников.
59. Поверхностный потенциальный барьер и работа выхода материала.
60. Термоэлектронная эмиссия. Термодесорбция.
61. Поверхностная ионизация.
62. Полевая эмиссия Фотоэлектронная и вторичная эмиссия Эффективные эмиттеры электронов.
63. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях.
64. Классификация электронных линз, их аберрации.
65. Принципы численного моделирования физических процессов в электронных системах. Численные методы интерполяции, интегрирования и дифференцирования.
66. Аппаратное и программное обеспечение численных расчетов и моделирования.
67. Методы оптимизации расчета электронных устройств.
68. Обратные и некорректные задачи физической электроники и методы их решения.
69. Основные режимы течения жидкости в трубе, их особенности, связь вида режима со значением чисел Рейнольдса.
70. Основные типы трубных пучков, сопоставление теплоотдачи при их обтекании.
71. Теплообменные аппараты, назначение, классификация, конструктивные схемы.
72. Виды и содержание тепловых расчетов теплообменных аппаратов.
73. Уравнения подобия.
74. Типичный вид уравнения подобия для расчета теплоотдачи, виды поправочных коэффициентов.
75. Закон Фурье: формула и смысл.
76. Коэффициент теплопроводности.
77. Теплообменники. Тепловые трубы.
78. Предельные температурные режимы работы тепловой трубы.
79. Расчет систем охлаждения с однофазным и кипящим теплоносителем.
80. Общие сведения о жидкостных ракетных двигателях.
