№ п/п | Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин | Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин | ||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9… | ||
1. | Радиофизические методы исследования вещества | + | + | + | + | + | ||||
2. | Волоконнооптические системы передачи | + | + | |||||||
3. | Методы модуляции и приема ЭМ излучений | + | + | + |
5. Содержание дисциплины.
ЧАСТЬ 1 (семестр 5)
МОДУЛЬ 1
Тема 1. Введение Основные разделы фотомикрофлуидики.
Введение. Определение фотомикрофлюидики и роль составляющих ее дисциплин. Оптофлюидика. История развития фотомикрофлуидики. Жидкослойные системы отображения, преобразования и адресации оптической информации: эвапорограф Черни, эйдофор Фишера, два метода ИК фотографии Хейнца, пространственный модулятор Шнеебергера, термотезография Безуглого, двухслойный ИК преобразователь Лулерга. Использование свободной поверхности жидкости в качестве оптического элемента (Блок и Харвит).
Тема 2. Классические капиллярные эффекты: эффект «слезы крепкого вина»(СКВ), успокоение волн с помощью масла, танец камфары (1686), суминагаши, эффект «апельсиновая кожура», диссипативные структуры в каплях Вебера (1855) и Квинке (1888), ячейки Бенара (1900), фестонная структура Виктора Волковыского (1935), опыты Хершея (1939), эффект Скогена (1958), «аномальная» капля и звездчатая структура в капле Безуглого (1975).
Тема 3. Фотоиндуцированная гетерогенная нуклеация воды и органических соединений. Опыты Тиндаля, Ленарда, Каца. Сверхчувствительное детектирование следов органических соединений (взрывчатых веществ, токсинов) в атмосфере. «Фотофазовый эффект» Галашина для молекулярных систем из изомеров. Фотодимеризация антрацена и его производных.
МОДУЛЬ 2
Тема 1. Свойства жидкостей (оптические, термические, реологические и динамические).
Четыре фундаментальных физических параметра материала. Т – поле в стержне с периодическим источником тепла. Т – волны, длина диффузии тепла, термоволновая интерферометрия.
Тема 2. Показатель преломления. Формула Лоренц-Лоренца. Термооптический коэффицент.
Фототерморефлектанс (PTRfl). История развития метода. Терморефлектанс. Оптическая модуляционная спектроскопия. Комплексная диэлектрическая функция, коэффициенты Seraphin. PTRfl-микроскопия и ее применение в микро - и оптоэлектронике.
Тема 3. Реологические свойства: вязкость сдвиговая, объемная (дилатантная) и поверхностная, ее зависимость от температуры. Основы реометрии.
Поверхностное натяжение простых жидкостей и его зависимость от температуры. Термокапиллярный коэффициент.
Поверхностное натяжение растворов и смесей и его зависимость от концентрации тензоакивной примеси. Положительная и отрицательная тензоактивности. Тензиометрия поверхности раздела фаз (ПРФ). Светочувствительные ПАВ.
МОДУЛЬ 3
Тема 1. Математический аппарат описания фотоиндуцированной капиллярной конвекции
Введение в механику континуума. Математический аппарат описания фотоиндуцированной капиллярной конвекции. Гибридная алгебра Гиббса – Хевисайда; анализ и уточнение соглашений.
Рейнольдса теорема переноса и основные законы сохранения.
Тема 2. Законы сохранения массы и импульса. Граничные условия для тонкого слоя жидкости со свободной поверхностью.
Конститутивные (определяющие) соотношения. Уравнения Навье-Стокса
Тема 3. Закон сохранения момента импульса. Полярные среды и тензор напряжений.
Закон сохранения полной энергии.
Тема 4. Анализ размерностей и теория подобия в процессах взаимодействия излучения лазера с капиллярными объектами. Безразмерные комплексы в фотомикрофлюидике
6. Лабораторный практикум.
1. Исследование зависимости фототермокапиллярного отклика от мощности пучка накачки: динамическая характеристика. два случая – 1) прозрачная жидкость на поглощающей подложке; 2) – поглощающая жидкость на различных по теплопроводности подложках. – 4 часа
2. Исследование зависимости фототермокапиллярного отклика от толщины слоя жидкости; два случая – 1) прозрачная жидкость на поглощающей подложке; 2) – поглощающая жидкость на различных по теплопроводности подложках. – 6 часов.
3. Исследование эволюции и релаксации ФТК отклика слоя прозрачной жидкости на поглощающих подложках из разных, по теплопроводности, материалов. – 6 часов.
4. ФТК метод измерения толщины лакокрасочного покрытия на металле. – 6 часов
5. Экспериментальная проверка эмпирической формулы ФТК отклика слоя прозрачной жидкости на поглощающей подложке. Зависимость диаметра ФТК отклика от расстояния до экрана при различной мощности пучка. – 6 часов
6. Экспериментальная проверка эмпирической формулы ФТК отклика слоя прозрачной жидкости на поглощающей подложке. Зависимость диаметра ФТК отклика от расстояния до экрана при различной толщине жидкого слоя. – 6 часов
7. Исследование зависимости ФТК отклика слоя прозрачной жидкости на поглощающей подложке от вязкости жидкости при различной мощности пучка. – 6 часов
8. Исследование зависимости ФТК отклика слоя прозрачной жидкости на поглощающей подложке от вязкости жидкости при различной толщине слоя. – 6 часов
9. Возбуждение тепловых волн в тонком слое жидкости на поглощающей подложке с помощью модулированного пучка лазерного излучении и изучение возможности их применения для диагностики тепловых свойств жидкостей и твердых тел. – 6 часов
10. Выявление связи числа интерференционных колец в ФТК отклике с параметрами жидкого слоя (вязкостью жидкости и толщиной слоя). – 6 часов
11. Исследование ФТК отклика двуслойных систем несмешивающихся жидкостей (окрашенное масло на воде) в плане применения результатов исследования к проблеме мониторинга нефтяных загрязнений акваторий. – 6 часов
12. Тестирование различных схем накачки и считывания в ФТК методе лазерной диагностики (BAA, BPA, BTA, BPM) и поиск способов их оптимизации. – 6 часов
13. Исследование зависимости диаметра ФТК отклика от толщины пленки поглощающего ЛКП (черный цапон лак) на теплопроводных подложках (медь, латунь, алюминий, дюраль, сталь). – 6 часов
14. Изучение поля скоростей термокапиллярной конвекции методом(particle tracking velocimetry) PTV. – 6 часов
15. Изучение тороидального ТК вихря с помощью термохромных жидких кристаллов– 6 часов
7. Примерная тематика курсовых работ.
Учебным планом ООП не предусмотрена.
8. Учебно – методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
Для самостоятельного изучения теоретического материала студентами используются учебники и учебные пособия, приведённые в списке литературы (п. 10.1 и п. 10.2).
Темы рефератов.
1. Микрофлюидика, оптофлюидики, и фотомикрфлюидика – общее и отличия. История фотомикрофлюидики, современные достижения и перспективы развития.
2. Классические капиллярные эффекты: история открытия, исследований и практических применений
3. Фотоиндуцированные фазовые переходы в газах и жидкостях и их применение
4. Классификация фототермических эффектов: и основанных на них методов исследования. Фототермическая калориметрия.
5. Фототерморефракционные методы исследования теплофизических свойств твердых, жидких и газообразных сред. Фототермические эффекты: мираж-эффект, термолинза.
6. Фотоиндуцировнанная капиллярная конвекция и сопутствующие эффекты. Практические применения.
7. Рейнольдса теорема переноса и основные законы сохранения
8. Конститутивные (определяющие) соотношения. Вывод уравнения Навье-Стокса
9. : Осесимметричные задачи в жидкостных лазерных технологиях
10. Безразмерные комплексы в фотомикрофлюидике.
11. Деформация свободной поверхности слоя жидкости под воздействием термокапиллярного эффекта.
12. Контактная термометрия микрообъектов. Преимущества и недостатки контактных методов. Полуконтактная термометрия микрообъектов. Жидкие кристаллы в качестве индикаторов температуры.
13. Бесконтактная термометрия микрообъектов.
14. Анализ соглашений в гибридной алгебре Гиббса и Хевисайда и их уточнение.
15. Градиентные законы явлений переноса (Фурье, Ньютона, Фика, Ома, Дарси) и диссипативные структуры (ячейки Бенара, кольца Тейлора, кольца Лизиганга, реакция Белоусова-Жаботинского, диод Гана, пальцы Стафмана, фестонная структура) в системах, далёких от равновесия.
16. Классические капиллярные эффекты и современные технологии.
17. Фототермические эффекты и их применение в методах диагностики флуидов.
18. Микро- электромеханические жидкостные технологии (MEMLS).
19. Лазерная диагностика жидкостей: история, современное состояние и перспектива.
20. Фототермокапиллярные эффекты (ТК и КК механизм) и их применения.
21. Лазерное зонное текстурирование магнитных дисков (LZT – процесс Баумгарта).
22. Эмпирический вывод формулы фототермокапиллярного отклика слоя прозрачной жидкости на поглощающей подложке.
23. Фототермокапиллярный метод диагностики обрыва проводящих дорожек на диэлектрических подложках.
24. Фототермокапиллярный метод оценки теплофизических свойств материалов.
25. Контроль толщины и однородности диэлектричеких покрытий на металле фототермокапиллярным методом
26. Роль капиллярных эффектов в медицине и биологии.
27. Жидкостные системы отображения и регистрации информации.
28. Фототермокапиллярные методы измерения вязкости, разработанные Безуглым и сотрудниками (1984, 1985, 2003, 2007)
29. Неконтактное измерение вязкости методом поверхностного рассеяния света на рипплонах (ripplon SLLS)
30. Неконтактное измерение вязкости полярных жидкостей методом возбуждения капиллярной волны переменным напряжением, приложенным к свободной поверхности жидкости, свойства которой считываются пробным пучком лазера.
31. Неконтактное измерение вязкости методом возбуждения капиллярной волны с помощью дифракционной решетки образуемой на поверхности жидкости при пересечении двух импульсных когерентных пучков лазера накачки, свойства которой считываются пробным пучком лазера.
32. Неконтактное измерение вязкости методом возбуждения локальной деформации жидкой поверхности импульсным пучком лазера, эволюция которой считывается пробным пучком лазера
33. Неконтактное измерение вязкости методом вращения жидкокристалличес-кой микросферы в лазерной ловушке
34. Неконтактное измерение вязкости методами активной микрореологии.
Примерные вопросы для зачета
1. Микрофлюидика, оптофлюидика и фотомикрфлюидика – общее и отличия. История фотомикрофлюидики, современные достижения и перспективы развития.
2. Классические капиллярные эффекты: история открытия, исследований и практических применений
3. Фотоиндуцированные фазовые переходы в газах и жидкостях и их применение
4. Классификация фототермических эффектов: и основанных на них методов исследования. Фототермическая калориметрия.
5. Фототерморефракционные методы исследования теплофизических свойств твердых, жидких и газообразных сред. Фототермические эффекты: мираж-эффект, термолинза.
6. Фотоиндуцировнанная капиллярная конвекция и сопутствующие эффекты. Практические применения.
7. Рейнольдса теорема переноса и основные законы сохранения
8. Конститутивные (определяющие) соотношения. Вывод уравнения Навье-Стокса
9. : Осесимметричные задачи в жидкостных лазерных технологиях
10. Безразмерные комплексы в фотомикрофлюидике.
11. Деформация свободной поверхности слоя жидкости под воздействием термокапиллярного эффекта.
12. Контактная термометрия микрообъектов. Преимущества и недостатки контактных методов. Полуконтактная термометрия микрообъектов. Жидкие кристаллы в качестве индикаторов температуры.
13. Бесконтактная термометрия микрообъектов.
14. Анализ соглашений в гибридной алгебре Гиббса и Хевисайда и их уточнение.
15. Градиентные законы явлений переноса (Фурье, Ньютона, Фика, Ома, Дарси) и диссипативные структуры (ячейки Бенара, кольца Тейлора, кольца Лизиганга, реакция Белоусова-Жаботинского, диод Гана, пальцы Стафмана, фестонная структура) в системах, далёких от равновесия.
16. Классические капиллярные эффекты и современные технологии.
17. Фототермические эффекты и их применение в методах диагностики флуидов.
18. Микро- электромеханические жидкостные технологии (MEMLS).
19. Лазерная диагностика жидкостей: история, современное состояние и перспектива.
20. Фототермокапиллярные эффекты (ТК и КК механизм) и их применения.
21. Лазерное зонное текстурирование магнитных дисков (LZT – процесс Баумгарта).
22. Эмпирический вывод формулы фототермокапиллярного отклика слоя прозрачной жидкости на поглощающей подложке.
23. Фототермокапиллярный метод диагностики обрыва проводящих дорожек на диэлектрических подложках.
24. Фототермокапиллярный метод оценки теплофизических свойств материалов.
25. Контроль толщины и однородности диэлектричеких покрытий на металле фототермокапиллярным методом
26. Роль капиллярных эффектов в медицине и биологии.
27. Жидкостные системы отображения и регистрации информации.
28. Фототермокапиллярные методы измерения вязкости, разработанные Безуглым и сотрудниками (1984, 1985, 2003, 2007)
29. Неконтактное измерение вязкости методом поверхностного рассеяния света на рипплонах (ripplon SLLS)
30. Неконтактное измерение вязкости полярных жидкостей методом возбуждения капиллярной волны переменным напряжением, приложенным к свободной поверхности жидкости, свойства которой считываются пробным пучком лазера.
31. Неконтактное измерение вязкости методом возбуждения капиллярной волны с помощью дифракционной решетки образуемой на поверхности жидкости при пересечении двух импульсных когерентных пучков лазера накачки, свойства которой считываются пробным пучком лазера.
32. Неконтактное измерение вязкости методом возбуждения локальной деформации жидкой поверхности импульсным пучком лазера, эволюция которой считывается пробным пучком лазера
33. Неконтактное измерение вязкости методом вращения жидкокристалличес-кой микросферы в лазерной ловушке
34. Неконтактное измерение вязкости методами активной микрореологии.
35. Определение фотомикрофлюидики и роль составляющих ее дисциплин. Оптофлюидика. Основные разделы фотомикрофлуидики. История развития фотомикрофлуидики. Жидкослойные системы отображения, преобразования и адресации оптической информации: эвапорограф Черни, эйдофор Фишера, два метода ИК фотографии Хейнца, пространственный модулятор Шнеебергера, термотезография Безуглого, двухслойный ИК преобразователь Лулерга. Использование свободной поверхности жидкости в качестве оптического элемента (Блок и Харвит).
36. Классические капиллярные эффекты: эффект «слезы крепкого вина»(СКВ), успокоение волн с помощью масла, танец камфары (1686), суминагаши, эффект «апельсиновая кожура», диссипативные структуры в каплях Вебера (1855) и Квинке (1888), ячейки Бенара (1900), фестонная структура Виктора Волковыского (1935), опыты Хершея (1939), эффект Скогена (1958), «аномальная» капля и звездчатая структура в капле Безуглого (1975).
37. Фотоиндуцированная гетерогенная нуклеация воды и органических соединений. Опыты Тиндаля, Ленарда, Каца. Сверхчувствительное детектирование следов органических соединений (взрывчатых веществ, токсинов) в атмосфере. «Фотофазовый эффект» Галашина для молекулярных систем из изомеров. Фотодимеризация антрацена и его производных.
38. Свойства жидкостей (оптические, термические, реологические и динамические). Четыре фундаментальных физических параметра материала. Т – поле в стержне с периодическим источником тепла. Т – волны, длина диффузии тепла, термоволновая интерферометрия.
39. Показатель преломления. Формула Лоренц-Лоренца. Термооптический коэффицент.
40. Фототерморефлектанс (PTRfl). История развития метода. Терморефлектанс. Оптическая модуляционная спектроскопия. Комплексная диэлектрическая функция, коэффициенты Seraphin. PTRfl-микроскопия и ее применение в микро - и оптоэлектронике.
41. Реологические свойства: вязкость сдвиговая, объемная (дилатантная) и поверхностная, ее зависимость от температуры. Основы реометрии.
42. Поверхностное натяжение простых жидкостей и его зависимость от температуры. Термокапиллярный коэффициент.
43. Поверхностное натяжение растворов и смесей и его зависимость от концентрации тензоакивной примеси. Положительная и отрицательная тензоактивности. Тензиометрия поверхности раздела фаз (ПРФ). Светочувствительные ПАВ.
44. Введение в механику континуума. Математический аппарат описания фотоиндуцированной капиллярной конвекции. Гибридная алгебра Гиббса – Хевисайда; анализ и уточнение соглашений..
45. Рейнольдса теорема переноса и основные законы сохранения.
46. Законы сохранения массы и импульса. Граничные условия для тонкого слоя жидкости со свободной поверхностью.
47. Конститутивные (определяющие) соотношения. Уравнения Навье-Стокса.
48. Закон сохранения момента импульса. Полярные среды и тензор напряжений.
49. Закон сохранения полной энергии.
50. Анализ размерностей и теория подобия в процессах взаимодействия излучения лазера с капиллярными объектами. Безразмерные комплексы в фотомикрофлюидике
9. Образовательные технологии.
В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки для реализации компетентностного подхода предусматривается использование в учебном процессе следующих активных и интерактивных форм образовательных технологий: лекционные чтения, выполнение лабораторных работ, консультации по вопросам подготовки рефератов, внеаудиторная работа в учебно-научных лабораториях.
Использование в учебном процессе следующих активных и интерактивных форм проведения занятий:
· лекции;
· лабораторные занятия;
· работа в малых группах.
10. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
10.1. Основная литература:
1. Fainman Y., Luke Lee L., Psaltis D., Yang Ch. Optofluidics: Fundamentals, Devices, and Applications McGraw Hill, 2009 – 528 p.
2. Hawkins A. R., Schmidt H. Handbook of Optofluidics CRC Press, Boca Raton Ó 2010 – 664 p.
3. Nam-Trung Nguyen, Micro-optofluidic Lenses: A review. Biomicrofluidics 4, 031)
4. , Чемоданов диагностика жидкостей. Учебное пособие. Изд. ТГУ, Тюмень, 2008, 144 с.
5. Безуглый конвекция, управляемая тепловым действием света, и ее применение в способах регистрации информации: Дисс. … кандидата физ. мат. наук. Москва, 1983, 270 с.
6. Космическое материаловедение: Введение в научные основы космической технологии. Б. Фойербахер, , Г. Хамакер и др. М.: Мир, 1989.
7. Berg J. C., Acrivos A., Boudart M. Evaporative convection. Adv. Chem. Eng. 6, 61-
8. Kenning D. B.R. Two-phase flow with nonuniform surface tension. Appl. Mech. Rev. 21968)
9. Levich V. G., Krylov V. S. Surface-tension driven phenomena. Annual Rev. Fluid Mech. 1 293-316, Palo Alto (1969)
10. Normand Ch., Pomeau Y., Velarde M. G. Convective instability: a physisist's approach. Rev. Mod. Phys. 497)
11. Bezuglyi B. A. Photoinduced solutocapillary convection: New capillary phenomenon. In Hydromechanics and Heat/Mass Transfer in Microgravity. Rev. Proc. 1st Int. Symp. Hydromech. Heat/Mass Transfer Microgr., Perm-Moscow, Russia, 6-14 July 1991. Gordon & Breach Sci. Publ. © 1992 pp. 335-40
12. Bezuglyi B. A. Photoinduced solutocapillary convection: Proc. Int. Aerospace Congress (IAC’94) Aug. 15-19, 1994, Moscow, STC ‘Petrovka’, pp.261-7 © 1995
13. Bezuglyi B. A., Shepelenok S. V., Tarasov O. A. Adaptive optical device based on liquid lens. Proc. Int. Aerospace Congress (IAC’97) Aug. 31, Sept. 5, 1997, Moscow, STC ‘Petrovka’, pp.31-34 © 1999
14. Bezuglyi B. A., Shepelenok S. V., Tarasov O. A. Laser flatness control of the free liquid surface. Proc. Int. Aerospace Congress (IAC’97) Aug. 31, Sept. 5, 1997, Moscow, STC ‘Petrovka’, pp.68-71 © 1999
10.2. Дополнительная литература:
1. Encyclopedia of Microfluidics and Nanofluidics, Li Dngqing (Ed.) Springer ©2008, XXXIII, 2226 p.
2. Photoinduced Phase Transitions K. Nasu (Ed.) World Scientific, Singapore, Ó2004 – 356 p.
3. Bialkowski S. E. Photothermal Spectroseopy Methods for Chemical Analysis. John Wiley, 1996, 584 p.
7. Гетлинг Рэлея-Бекара. Структура и динамика. – М.: Эдиториал,1999.
8. Методы решения задач гидромеханики для условий невесомости. Под ред. . Киев: Наукова думка, 1992.
Физическая химия поверхностей. М.: Мир, 1979, 569 с.
3. Загрязнение природной среды. М.: Мир,1997 – 232 с.
10.3. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:
1. eLIBRARY – Научная электронная библиотека (Москва) http://*****/
2. Единое окно доступа к образовательным ресурсам: http://window. *****/window/
3. Федеральный портал «Российское образование»: http://www. *****/
11. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины
Лекционная аудитория с доской и мелом, лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием, компьютерный класс для практических занятий.
Дополнения и изменения к рабочей программе на 201 / 201 учебный год
В рабочую программу вносятся следующие изменения:
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры ____________________ « »_______________201 г.
Заведующий кафедрой ___________________/___________________/
О.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 |
