МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ТЕПЛОВОЙ И АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИТАЭ) ___________________________________________________________________________________________________________
Направление подготовки: 140700 Ядерная энергетика и теплофизика
Профиль(и) подготовки: Теплофизика
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
"ОСНОВЫ ТЕПЛОФИЗИКИ
ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ ВЕЩЕСТВА"
Цикл: | профессиональный | |
Часть цикла: | по выбору | |
№ дисциплины по учебному плану: | ИТАЭ; Б3.17.2 | |
Часов (всего) по учебному плану: | 216 | |
Трудоемкость в зачетных единицах: | 6 | 7 семестр – 3; |
Лекции | 66 часов | 7,8 семестры |
Практические занятия | 33 часа | 7,8 семестры |
Лабораторные работы | не предусмотрены | |
Расчетные задания, рефераты | 36 часов самостоят. работы | 7,8 семестры |
Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего) | 117 час | |
Экзамены | 7 семестр | |
Курсовые проекты (работы) | не предусмотрены |
Москва - 2010
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью дисциплины является ознакомление студентов как с классическими методами высокотемпературной теплофизики, так и с новыми научными достижениями в области методов исследования свойств веществ при экстремальных параметрах.
По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов
· самостоятельно работать, принимать решения в рамках своей профессиональной деятельности (ОК-7);
· анализировать различного рода рассуждения, публично выступать, аргументировано вести дискуссию и полемику (ОК-12);
· анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-6);
· к участию в разработке методов прогнозирования количественных характеристик процессов, протекающих в конкретных технических системах на основе существующих методик (ПК-11);
· к проведению физического и численного эксперимента, к разработке с этой целью соответствующих экспериментальных стендов (ПК-12).
Задачами дисциплины являются
· познакомить обучающихся с классическими экспериментальными методами высокотемпературной теплофизики;
· научить классификации экстремальных состояний вещества;
· познакомить обучающихся с новыми методами исследования свойств веществ при экстремальных параметрах;
· дать информацию о принципиально новых процессах, происходящих при экстремальных параметрах.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 (дисциплина по выбору студента) основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю "Теплофизика" направления 140700 «Ядерная энергетика и теплофизика».
Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Экспериментальные методы исследования", "Физика (общая)".
Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении программы магистерской подготовки по профилю «Теплофизика».
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:
Знать:
· методы определения температуры (ОК-7, ПК-12);
· методы определения теплофизических свойств веществ (ОК-7, ПК-11, ПК-12);
· классификацию экстремальных состояний вещества (ОК-7, ОК-12);
· методику проведения экспериментов по электровзрыву проводников (ОК-7, ПК-12);
· методики использования мощных лазеров в теплофизических исследованиях (ОК-ПК-12).
Уметь:
· использовать методы исследования калорических свойств веществ (ПК-11, ПК-12);
· использовать методы исследования теплопроводности (ПК-11, ПК-12);
· использовать методы исследования температуропроводности (ПК-11, ПК-12);
· использовать методы исследования излучательной способности веществ (ПК-11, ПК-12).
Владеть:
· навыками дискуссии по профессиональной тематике (ОК-7, ОК-12);
· навыками поиска информации о новых методах исследованиях свойств веществ (ПК-6);
· информацией о методах создания и исследования экстремальных состояний (ПК-11, ПК-12 ).
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Структура дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единиц, 216 часов.
№ п/п | Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации | Всего часов на раздел | Семестр | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и | Формы текущего контроля успеваемости (по разделам) | |||
лк | пр | лаб | сам. | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
1 | Температура и ее измерение | 10 | 7 | 4 | 2 | -- | 4 | Контрольная работа. |
2 | Исследование калорических свойств веществ | 14 | 7 | 6 | 4 | -- | 4 | Контрольная работа. |
3 | Исследования излучательной способности | 17 | 7 | 8 | 4 | -- | 5 | Контрольная работа. |
4 | Методы исследования теплопроводности | 12 | 7 | 6 | 2 | -- | 4 | Подготовка расчетного задания. |
5 | Исследования температуро-проводности | 16 | 7 | 8 | 4 | -- | 4 | Подготовка расчетного задания. |
6 | Исследование теплового расширения тел | 10 | 7 | 4 | 2 | -- | 4 | Контрольная работа. |
Зачет | 2 | 7 | -- | -- | -- | 2 | Защита расчетного задания. | |
Экзамен | 27 | 7 | -- | -- | -- | 27 | Устный экзамен. | |
Итого | 108 | 7 | 36 | 18 | -- | 54 | ||
7 | Введение. Экстремальные состояния вещества | 18 | 8 | 6 | 2 | -- | 10 | Устный опрос. |
8 | Методы создания высоких давлений | 18 | 8 | 4 | 2 | -- | 12 | Устный опрос. |
9 | Электровзрыв проводников | 23 | 8 | 6 | 4 | -- | 13 | Контрольная работа. Подготовка расчетного задания. |
10 | Применение мощных лазеров | 25 | 8 | 8 | 2 | -- | 15 | Контрольная работа. Подготовка расчетного задания. |
11 | Сверхнизкие температуры | 22 | 8 | 6 | 5 | -- | 11 | Контрольная работа. |
Зачет | 2 | 8 | -- | -- | -- | 2 | Защита расчетного задания. | |
Итого | 108 | 8 | 30 | 15 | -- | 63 | ||
Итого: | 216 | 7,8 | 66 | 33 | -- | 117 |
4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения
4.2.1. Лекции
7 семестр
1.Температура и ее измерение
Уравнения температурных шкал. Реперные точки температурных шкал. Тепловое излучение как основа термометрии высоких температур. Особенности Международной температурной шкалы 1990 г. (МТШ-90). Рабочие инструменты температурных измерений: термометры сопротивления, термоэлектрические преобразователи, пирометры.
2. Исследование калорических свойств веществ
Зависимость теплоемкости от температуры. Классическая схема определения теплоемкости: метод адиабатического калориметра, метод смешения. Методы исследования электропроводных материалов: левитационный нагрев, резистивный нагрев; стационарный, импульсный и модулированный электрический нагрев. Выбор способа исследования в зависимости от вида исследуемого вещества.
3. Исследования излучательной способности
Определения и основные закономерности. Техническая реализация источников равновесного излучения, модели черного тела.
Калориметрические методы исследования интегральной полусферической излучательной способности: резистивный электрический нагрев, электронный нагрев, индукционный нагрев; калориметрические методы с косвенным определением интегральных тепловых потоков излучения.
Метод приемника в исследованиях оптических характеристик веществ. Безлинзовая схема, выделение потока системой диафрагм, линзовые оптические системы.
Истинная и яркостная температуры. Оптический пирометр. Градуировка и использование.
Рефлектометрические методы изучения оптических свойств конденсированных сред. Рефлектометр нагретой полости, рефлектометр интегрирующей сферы, рефлектометр с зеркальными отражателями.
4.Методы исследования теплопроводности
Методы косвенного нагрева. Способы создания теплового потока, методы его измерения и сохранения вдоль выбранного направления, температурный контроль. Анализ экспериментальных ошибок.
Методы прямого электрического нагрева. Метод Кольрауша. Метод Никольского и Пепинова. Метод тепловых балансов Вортинга. Радиальная задача проводника с током.
5. Исследования температуропроводности
Нестационарные режимы и их описание. Метод монотонного нагрева: начальная стадия, регулярная стадия, квазистационарная стадия. Импульсное тепловое воздействие. Периодическое тепловое воздействие.
6. Исследование теплового расширения тел
Основные методы измерения термического коэффициента линейного расширения. Дилатометр Стрелкова. Системы регистрации перемещений: оптиметры, катетометры, емкостные датчики, интерферометры. Проблемы практической реализации дилатометрических измерений.
8 семестр
1. Введение. Экстремальные состояния вещества
Экстремальные состояния в природных и лабораторных условиях. «Универсализация» свойств веществ при высоких давлениях и температурах. Электронно-ядерная плазма.
Состояние электронной компоненты вещества. Классическое и квантовое описание, релятивистские эффекты. Обменные, корреляционные и коллективные эффекты.
Состояние ядерной компоненты вещества. «Кристаллизация» плазмы. Экзотермические ядерные реакции.
2. Методы создания высоких давлений
Статические методы создания высоких и сверхвысоких давлений. Лабораторные компрессоры, дожимающие устройства, насосы, гидравлические прессы. Мембранные компрессоры, сжатие ртутью, термокомпрессоры. Алмазные наковальни.
Динамические методы создания сверхвысоких давлений: ударно-волновое сжатие вещества. Легкогазовые пушки. Химические и ядерные взрывы.
Исследование уравнения состояния вещества при сверхвысоких давлениях. Диаграмма состояния углерода.
3. Электровзрыв проводников
Классификация разрушения проводников: плавление, медленный взрыв, быстрый взрыв, взрывная абляция. Исследования температуры и теплоты плавления, электропроводности, теплоемкости и теплового расширения импульсными методами. Аномалии свойств: электрическое сопротивление, термоэлектронная эмиссия, теплоемкость. Фазовые переходы «металл-диэлектрик». Сопоставление результатов статических и импульсных экспериментов.
4. Применение мощных лазеров
Эволюция термина «лазер высокой мощности». Метод чирпирования. Пико - и фемтосекундные лазеры высокой мощности.
Лазерная плазма с экстремальными параметрами. Эффекты в лазерной плазме: генерация рентгеновского и гамма-излучения, релятивистская самофокусировка, генерация сверхмощных магнитных полей, электронные вихри и солитоны. Ядерные реакции, лазерный управляемый термоядерный синтез.
5. Сверхнизкие температуры
Бозе-эйнштейновский конденсат, критическая температура конденсации. Экспериментальная техника: лазерное и испарительное охлаждение, магнитные ловушки. Столкновение бозе-эйнштейновских конденсатов, интерференция.
4.2.2. Практические занятия
7 семестр
Температурные шкалы.
Методы исследования теплоемкости.
Расчет линзовых схем для определения излучательной способности тел.
Расчет поправок при экспериментальном исследовании теплопроводности методом прямого электрического нагрева.
Нестационарные температурные поля при определении температуропроводности (монотонный нагрев).
Нестационарные температурные поля при определении температуропроводности (импульсный нагрев).
Методы комплексного исследования свойств веществ.
8 семестр
Свойства электронно-ядерной плазмы.
Анализ диаграммы углерода и методов ее получения.
Регистрируемые теплофизические свойства при электровзрыве проводников.
Быстропротекающие процессы при воздействии лазерного излучения.
Классические эксперименты квантовой механики.
Свойства вещества при сверхнизких температурах.
4.3. Лабораторные работы
Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены.
4.4. Расчетные задания
7 семестр
Анализ методики и проектирование установки для исследования теплофизических свойств веществ.
8 семестр
Методика проведения эксперимента по исследованию экстремальных состояний вещества.
4.5. Курсовые проекты и курсовые работы
Курсовые проекты (работы) учебным планом не предусмотрены.
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием презентаций, содержащих большое количество фотоматериалов.
Практические занятия включают посещения передовых лабораторий Объединенного института высоких температур РАН.
Самостоятельная работа включает подготовку к тестам и контрольным работам, оформление расчетного задания и подготовку его к защите, подготовку к зачету и экзамену.
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Для текущего контроля успеваемости используются контрольные работы, устный опрос, проверка хода выполнения расчетного задания и его защита.
Аттестация по дисциплине – зачет и экзамен.
Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка, полученная на экзамене (7 семестр) или зачете (8 семестр).
В приложение к диплому вносится оценка за 7 семестр.
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1. Литература:
а) основная литература:
1. Пелецкий экспериментального изучения теплофизических свойств конструкционных материалов. М.: Изд-во ОИВТ РАН, 2010.
2. Фортов состояния вещества. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010.
б) дополнительная литература:
1. Электрический взрыв проводников// под ред. , М.: Мир, 1965.
2. Физика экстремальных состояний вещества (сборник докладов конференции «Уравнения состояния вещества»). Черноголовка: Изд-во ИПХФ РАН, 2002.
7.2. Электронные образовательные ресурсы:
презентации лекций.
а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
нет.
б) другие:
нет.
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и показа учебных фильмов.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140700 «Ядерная энергетика и теплофизика» и профилю «Теплофизика».
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:
к. ф.-м. н., доцент
"УТВЕРЖДАЮ":
Зав. кафедрой
д. т.н., с. н.с.
