Энгельсский технологический институт (филиал)
Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени »
Кафедра «Технология электрохимических производств»
Рабочая программа
по дисциплине ОПД. Р.01
«Электрохимическая синергетика»
240302.65 Технология электрохимических производств
Курс 5 (6) | Курсовая работа нет |
Семестр 9 (11) | Курсовой проект нет |
Лекции | Расчетно-графическая работа нет |
Лабораторные занятия нет | Контрольная работа 11 сем |
Практические занятия нет | Экзамен нет |
Самостоятельная работа | Зачет 9 (11) сем |
Всего аудиторных | |
Всего |
Рабочая программа утверждена на заседании кафедры ТЭП
«30» августа 2011 г., протокол
Зав. кафедрой, профессор _________
Рабочая программа утверждена на заседании УМКС
«18» октября 2011 г., протокол
Председатель УМКС, профессор _________
г. Энгельс 2011
1. Цель и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе
1.1 Цель преподавания дисциплины: показать, что многие процессы в электрохимии, как и в физике, химии и механике твердых тел носят стохастический, колебательный характер и подчиняются всеобщим законам синергетики - науки о процессах самоорганизации в системах различной природы, о закономерностях совместного (кооперативного) действия.
1.2 Задачи изучения дисциплины: овладение основными принципами научной методологии синергетики; приобретение понимания единства и простоты причин, лежащих в основе потери устойчивости в самых разнообразных процессах механики, физики, химии и биологии и, в частности, с явлениями бифуркаций в электрохимии и биоэлектрохимии; ознакомление с современным состоянием термодинамики нелинейных систем и проблемы колебательных реакций в химии гетерогенных процессов, к которым относятся и электрохимические реакции.
1.3 Перечень дисциплин, усвоение которых студентами необходимо для усвоения данной дисциплины: физическая химия; математика; поверхностные явления, дисперсные системы; теоретическая электрохимия; спецглавы электрохимии функциональной гальванотехники.
2. Требования к знаниям и умением студентов по дисциплине
Студент должен знать:
· основные положения термодинамики неравновесных процессов в линейных и нелинейных системах.
· основные уравнения дифференциального и интегрального исчисления
· основы математического и компьютерного моделирования
· основные принципы выявления самоорганизующихся диссипативных структур в химии и технологии электрохимических производств
Студент должен уметь:
· объяснить наблюдаемые колебательные процессы – предложить физическую модель
· провести термодинамический анализ систем на предмет определения возможности протекания в них окислительно-восстановительных, или каких – либо других колебательных реакций
· выбрать математическую модель, составить программу и провести компьютерное моделирование
3. Распределение трудоемкости (час.) дисциплины по темам и видам занятий.
№ модуля | № недели | № темы | Наименование темы | Часы | ||
всего | лекций | СРС | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
1 | 1 | 1 | Вводная лекция. Синергетика и ее место среди других наук | 2 (2) | 2 (2) | |
2 | 2 | Равновесная термодинамика: основные законы | 2 (4) | 2 | 2 (4) | |
3 | 3 | Термодинамика неравновесных систем | 4 (5) | 2 (1) | 2 (4) | |
4 | 4 | Химия гетерофазных систем: основные закономерности, нерешенные проблемы | 4 (3) | 2 (1) | 2 (2) | |
5 | 5 | Высокоупорядоченные пространственно – временные структуры | 4 (3) | 2 (1) | 2 (2) | |
6, 7 | 6 | Методы синергетики | 8 (6) | 4 (2) | 4 (4) | |
2 | 8 | 7 | Динамика локальных стохастических процессов электрохимического осаждения и растворения металлов | 4 (3) | 2 (1) | 2 (2) |
9, 10 | 8 | Явление структурной периодичности поверхности формируемого осадка сплава металлов | 8 (8) | 4 | 4 (8) | |
11, 12 | 9 | Диссипативные структуры и массоперенос в высокотемпературной электрохимической кинетике | 8 (8) | 4 | 4 (8) | |
13 | 10 | Моделирование эволюции формы полости в тонком слое металла | 4 (6) | 2 | 2 (6) | |
3 | 14 | 11 | Природа автоколебаний потенциала оксидных электродов | 4 (6) | 2 | 2 (6) |
15 | 12 | Теория самосогласования кинетики процессов со структурой электрического поля и характеристиками переходных слоев в системах пассивный металл – электролит | 4 (3) | 2 (1) | 2 (2) | |
16 | 13 | Периодические (колебательные) окислительно-восстановительные реакции в неклассических высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП) | 8 (8) | 2 | 4 (8) | |
17 | 14 | Диссипативные структуры в электрохимических системах с катионообменной мембраной | 4 (3) | 2 (1) | 2 (2) | |
Всего: | 68 (68) | 34 (10) | 34 (58) |
4. Содержание лекционного курса
№ темы | Всего часов | № лекции | Вопросы, отрабатываемые на лекции |
1 | 2 | 3 | 4 |
1 | 2 (2) | 1 (1) | Синергетика и ее место среди других наук. Основные принципы методологии изучения колебательных процессов в электрохимии и биоэлектрохимии |
2 | 2 | 2 | Основные положения термодинамики равновесных процессов в гетерогенных системах |
3 | 2 (1) | 3 (2) | Основные положения термодинамики неравновесных линейных и нелинейных систем (теория поля, диссипативная функция, соотношение взаимности Онзагера, принцип минимума производства энтропии Пригожина, термодинамическая функция Ляпунова) |
4 | 2 (1) | 4 (2) | Основные законы химии гетерофазных систем, нерешенные проблемы:
|
5 | 2 (1) | 5 (3) | Высокоупорядоченные пространственно – временные структуры: природа и механизм образования; диссипативная функция многофазной гетерогенной среды; коллективные взаимодействия подсистем |
6 | 4 (2) | 6, 7 (3,4) | Методы синергетики в исследованиях конкретных физико-химических систем: термодинамический анализ, фазовые портреты, бифуркации в нелинейных системах |
7 | 2 (1) | 8 (4) | Динамика локальных стохастических процессов электрохимического осаждения и растворения металлов. Прогнозирование динамики локального растворения многослойных гальванических покрытий и их коррозионной стойкости. Пути стабилизации состояния динамического равновесия. Модели локальных стохастических процессов коррозии. |
8 | 4 | 9, 10 | Явление структурной периодичности поверхности формируемого осадка сплава на катоде (эффект «памяти места»); зародыши кристаллизации; кластеры роста; динамика формирования периодичности, их взаимодействие; полусферические зоны диффузии; электрохимические шумы при электроосаждении металлов, их анализ; диагностика поверхностных стохастических процессов нуклеации и роста. |
1 | 2 | 3 | 4 |
9 | 4 | 11,12 | Диссипативные структуры и массоперенос в высокотемпературной электрохимической кинетике: · связь между типом диссипативных структур у поверхности поляризованных электродов и скоростью массопереноса · эффект Марангони, гидродинамические ситуации и нестабильность Марангони при поляризации электродов · диссипативные структуры на границе жидкий металлический электрод / расплав · учет конвективных потоков (естественная конвекция, межфазная конвекция, влияние магнитного поля и кавитации) · природа структур в условиях нестабильности Марангони · модели межфазной конвекции |
10 | 2 | 13 | Моделирование эволюции формы полости в тонком слое металла (при электрохимической микрообработке анодной поверхности): модель искусственного питтинга, численное моделирование и эксперимент (электрохимическая микрообработка тонких слоев меди в водных растворах) |
11 | 2 | 14 | Природа автоколебаний потенциала оксидных электродов при поляризации:
|
12 | 2 (1) | 15 (5) | Теория самосогласования кинетики процессов со структурой электрического поля и характеристиками переходных слоев в системе пассивный металл – электролит: · кинетико – электростатический механизм саморегулирования · двойной электрический слой, как область нарушения электронейтральности · связь между анионной и катионной подсистемами и преобразование вакансий · электрохимические процессы на границах пленка – раствор, металл – пленка · физические свойства модели, аналитическое решение ее уравнений |
13 | 2 | 16 | Периодические (колебательные) окислительно-восстановительные реакции в неклассических сверхпроводниках (тернарные оксиды металлов):
|
1 | 2 | 3 | 4 |
14 | 2 (1) | 17 (5) | Диссипативные структуры в электрохимических системах с катионообменной мембраной · электромассоперенос и флуктуации электрического потенциала · резонансные и фликкер – шумовые флуктуации; шумовые сигналы; термоиндуцированные конвективные потоки в диффузионном слое · методология анализа временных рядов на основе теории детерминированного хаоса · спектры флуктуаций мембранного потенциала в электродиализной системе с катионообменной мембраной; конвективные вихри, тепловые потоки; вейвлет – анализ; методика исследований и обработки данных |
5. Перечень практических занятий
Учебным планом не предусмотрен
6. Перечень лабораторных занятий
Учебным планом не предусмотрен
7. Задания для самостоятельной работы студентов
№ темы | Всего часов | Вопросы для самостоятельного изучения | Литература* |
2 | 2 (4) | Законы равновесной термодинамики | [1,3] |
3 | 2 (4) | Законы неравновесной термодинамики | [1-3] |
4 | 2 (2) | Концентрационные бифуркации | [1,7] |
5 | 2 (2) | Диагностика поверхностных стохастических процессов нуклеации и роста | [7-9] |
6 | 4 (4) | Методы исследования синергетических процессов | [1-4] |
7 | 2 (2) | Локальные стохастические процессы электрохимического осаждения и растворения металлов | [1,3] |
8 | 4 (8) | Электрохимические шумы | [7,10,11] |
9 | 4 (8) | Межфазная конвекция и нестабильность Маргони при поляризации электродов | [7] |
10 | 2 (6) | Моделирование эволюции формы при воздействии электрическим током на белки | [2,3] |
11 | 2 (6) | Природа автоколебаний потенциала при поляризации | [7-9] |
12 | 2 (2) | Кинетико-электростатический механизм саморегулирования в системах пассивный металл-электролит | [7,8,11] |
13 | 4 (8) | Колебания и бегущие волны в химических системах: высокотемпературные сверхпроводники | [1,2,4] |
14 | 2 (2) | Термоиндуцированные конвективные потоки в диффузионном слое | [7,10,11] |
*) Кроме того, студент должен работать со статьями в периодической печати за последние 3 года.
8. Курсовой проект
Учебным планом не предусмотрен
9. Курсовая работа
Учебным планом не предусмотрена
10. Расчетно- графическая работа
Учебным планом не предусмотрена
11. Контрольная работа
1 контрольная работа для студентов заочной формы обучения.
12. Экзамен
Учебным планом не предусмотрен
13. Список литературы
Основная:
1. Сергеев : учеб. пособие / .-М.: КДУ, 2006.-336 с.
2. Суздалев : физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов / .-М.: КомКнига, 2006.-592с.
3. Гусев . Наноструктуры. Нанотехнологии.- М.: Физматлит, 200с.
4. Бучаченко – путь к высоким технологиям нового века// Успехи химии. - 72, №5, 2003. –С.419-437.
5. Шабанова и технология нанодисперсных оксидов: учеб. пособие / , , Д. Саркисов. - М.: ИКЦ "Академкнига", 2007.-309 с.
6. Малинецкий динамика: подходы, результаты, надежды / , , . – М.: Книжный дом «Либроком», 2011. – 280 с.
7. Гринченко в нелинейную динамику: хаос и фракталы / , , . М.: Издательство ЛКИ, 2010. – 280 с.
Дополнительная
8. Андриевский стабильность наноматериалов // Успехи химии. - 71, №10, 2002. – С.968-981.
9. и др. Межфазный электронный перенос в наномасштабе и с участием отдельной молекулы // Электрохимия. – 2003, Т.39, № 1. - С.117-128.
10. , Зеленин низкочастотного рассеяния света суперионными стеклами с наноразмерной структурой //Электрохимия. – 2003, Т. 39, № 5. – С.501-505.
11. и др. Фотоэлектрохимическое поведение электродов, содержащих одностенные углеродные нанотрубки //Электрохимия. – 2003, Т. 39, № 10. – С..
12. и др. Структурные и электрохимические свойства углеродных нанотрубок и нановолокон //Электрохимия. – 2002, Т. 38, № 6. – С.745.
13. Потоцкая неустойчивости модельной электрохимической системы с электрокаталитическим окислением и предшествующей химической реакцией / , // Электрохимия. – 2011. - Т.47, №3. – С. 358-366.
14. К теории смешанных электрохимических флуктуаций / // Электрохимия. – 2011. – Т.47, №3. – С.392-396.
15. Елкин частичного переноса заряда на электрохимический турбулентный шум / , , // Электрохимия. – 2008. – Т.44, №4. – С.518-532.
16. Тимашев значимость хаотических сигналов: фликкер-шумовая спектроскопия и ее приложение / // Электрохимия. – 2006. – Т.42, №5. – С.480-524.
17. Коттис электрохимических шумов в корродирующих системах / // Электрохимия. – 2006. – Т.42, №5. – С.557-566.
Журналы «Успехи химии», «Электрохимия», «Электрохимическая энергетика», «Журнал общей химии», «Защита металлов», «Журнал прикладной химии».
14. Использование наглядных пособий, ТСО, вычислительной техники
Лекционный материал читается с использованием мультимедийной техники в соответствии с содержанием рабочей программы.
Рабочая программа составлена
профессором ,
доцентом
