Рабочая программа по дисциплине Физика плазмы

Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Рыбинская государственная авиационная технологическая академия

им. ёва

Факультет авиадвигателестроения

Кафедра Физики

УТВЕРЖДАЮ

Декан факультета авиадвигателестроения

_____________

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

По дисциплине

Физика плазмы

для специальности

140402 ТЕПЛОФИЗИКА

Форма обучения	Очная	-	-
Лекции	34
Практические занятия	27
Лабораторные занятия	24
Индивидуальные занятия	4
Самостоятельная работа	7
Всего часов	96
Форма контроля	Экзамен

Рабочую программу составил

Рабочая программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры Физики, протокол № от 200 г.

Заведующий кафедрой физики

Рыбинск 2005

Введение

Настоящая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и учебным планом подготовки специалиста по специальности 553100 «Техническая физика».

Цель изучения дисциплины: формирование у студентов современных физических представлений о процессах и явлениях, протекающих в плазме.

Основные задачи дисциплины связаны с необходимостью решения ряда фундаментальных и прикладных задач, в которых плазма должна выполнять сложным образом комбинированную роль. От нее добиваются, чтобы она выступала и как высокотемпературное рабочее вещество, и как носитель электрических зарядов, и как источник электромагнитных излучений (в широком диапазоне длин волн), и как электромагнитная силовая динамическая система, и как активная среда с инверсной населенностью.

В настоящее время эти задачи нацелены не только на наиболее сложные технологические объекты, такие как управляемые термоядерные реакторы, электрореактивные плазменные двигатели и сверхмощные лазеры. Ни чуть не меньше внимания уделяется созданию и совершенствованию практичных плазменно-технологических установок для плавки, резки, сварки и пайки металлов, нанесения различных покрытий, модификации поверхностного слоя, его упрочнения и всего прочего непосредственно необходимого в современных технологических процессах.

1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Введение.

Цели и задачи курса. Рекомендации к изучению дисциплины.

1.1. Определение плазмы.

Искусственная и естественная плазма.

Общие свойства плазмы.

Электрическая нейтральность плазмы.

Плазма в электромагнитном поле.

1.2. Движение частицы плазмы в постоянных полях.

Постоянное и однородное магнитное поле.

Постоянное и однородное электромагнитное поле.

Магнитное и «гравитационное» поле.

1.3. Дрейфовые движения заряженных частиц.

Дрейфовое приближение.

Однородное поле.

Неоднородные магнитные поля.

Нестационарные электромагнитные поля.

Адиабатические инварианты.

1.4. Кинетическая теория.

Функция распределения.

Уравнения кинетической теории.

1.5. Термодинамика плазмы.

Термодинамическое равновесие в плазме.

Идеальная и неидеальная плазма.

Равновесный состав плазмы.

1.6. Процессы переноса в плазме.

Электропроводность плазмы.

Теплопроводность плазмы.

Вязкость плазмы.

Диффузионные процессы в плазме.

Диффузия магнитного поля в плазму.

2. ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

2.1. Исследование некоторых свойств низкотемпературной плазмы.

2.2. Подготовка к эксплуатации имеющихся в наличии плазмотронов.

2.3. Демонстрационная работа с плазмотронами.

2.4. Получение и изучение среднетемпературной плазмы.

2.5. Оценка ключевых характеристик магнитосферной плазмы.

2.6. Изучение основных характеристик плазмы солнечного ветра.

3. ТЕМЫ САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ РАБОТ

3.1. Магнитогидродинамические генераторы.

3.2. Магнитосфера как естественная система магнитных зеркал.

3.3. Плазменный шар – Солнце.

3.4. Солнечный ветер и его влияние на околоземное пространство.

4. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ОСНОВНОЙ:

4.1. Старченко Плазмы: Учебное пособие. – Рыбинск: РГАТА, 20с.

4.2. Козлов физики плазмы. – М., МВТУ, 1997. – 198с.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ:

4.3. Арцимович труды. Атомная физика и физика плазма. – М., Наука, 1978. – 304с.

4.4. Основы физики плазмы. – М., Мир, 1975. – 525с.

4.5. Введение в физику плазмы – М., Мир, 1987. – 398с.

5. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

Изучение дисциплины основано на учебном пособии 4.1., см. выше в основном списке литературы. Это учебное пособие написано по материалам курсов лекций, которые автор и его коллеги в течение многих лет читали студентам-выпускникам кафедры физики РГАТА. В пособии изложены основные положения физики плазмы, укладывающие в краткий лекционный курс, который автор пособия прочитал несколько раз в течение одного семестра при одной лекции в неделю.

Предложена оригинальная подборка таких контрольных задач по курсу, которые потребуют еще около одного практического занятия каждые две недели. Рассмотрены современные физические представления о процессах и явлениях, протекающих в плазме. Приведены зависимости и формулы, необходимые для описания основных свойств и параметров плазмы.

Пособие рассчитано на студентов и аспирантов, обучающихся в вузах по специальностям связанным с использованием и разработкой плазменной техники. Структурно пособие разбито на шесть глав полностью соответствующих разделам этой дисциплины. Каждая из глав может быть изложена студентам за несколько лекции.

В первой главе «Определение плазмы» приводятся качественные сведения об искусственной и естественной плазме, рассматриваются общие свойства и электрическая нейтральность плазмы, описывается поведение плазмы в электромагнитном поле. Замыкают первую и две последующие за ней главы соответствующие задачи, наиболее сложные из которых снабжены подробными решениями.

Во второй главе подробно рассмотрено движение отдельной частицы плазмы в постоянных и однородных полях различной природы. Дрейфовые же движения заряженных частиц плазмы в неоднородных и нестационарных полях рассмотрены в главе 3. Глава 4 «Кинетическая теория» посвящена функциям распределения, уравнениям кинетической теории и выводу гидродинамических уравнений для плазмы. В пятой главе описывается термодинамическое равновесие в идеальной и неидеальной плазме.

Заключительная глава 6 пособия посвящена стандартным процессам переноса, определяющим электропроводность, теплопроводность, вязкость и диффузию частиц и полей в плазме.

Таблица распределения нагрузки по часам

Наименование раздела (главы пособия 4.1.)	Аудиторная работа (час)	Самостоятельная работа (час)
1.1 Определение плазмы	12	6
1.2. Движение частицы плазмы в постоянных полях	18	9
1.3. Дрейфовые движения заряженных частиц	20	10
1.4. Кинетическая теория	10	5
1.5. Термодинамика плазмы	12	6
1.6. Процессы переноса в плазме	17	10
Расчетно-графическая работа	7	14

6. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

“ФИЗИКА ПЛАЗМЫ”

6.1. Искусственная и естественная плазма.

6.2. Общие свойства плазмы.

6.3. Электрическая нейтральность плазмы.

6.4. Плазма в электромагнитном поле и уравнения Максвелла.

6.5. Движение частицы плазмы в постоянном и однородном магнитном поле.

6.6. Движение частицы плазмы в постоянном и однородном электромагнитном поле.

6.7. Движение частицы плазмы в постоянном и однородном электрическом поле.

6.8. Траектория движение частицы плазмы в постоянном и однородном электромагнитном поле.

6.9. Дрейфовое приближение для описания динамики движения частиц плазмы, движение в однородном поле.

6.10. Дрейфовое движение частицы плазмы в неоднородных магнитных полях.

6.11. Дрейфовое движение частицы плазмы в нестационарных электромагнитных полях.

6.12. Адиабатические инварианты для дрейфового движения плазмы.

6.13. Движение заряженных частиц между магнитными зеркалами.

6.14. Кинетическая функция распределения для газов и плазмы.

6.15. Уравнения кинетической теории для плазмы.

6.16. Термодинамическое равновесие в плазме.

6.17. Идеальная и неидеальная плазма.

6.18. Равновесный состав плазмы.

6.19. Электропроводность плазмы.

6.20. Теплопроводность и вязкость плазмы.

6.21. Диффузионные процессы в плазме.

7. ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ

7.1. Семь (7) задач на доказательство того, что газы с указанными параметрами являются плазмой.

7.2. Три (3) задачи по описанию движения электронов в постоянных электрических полях.

7.3. Девять (9) задач о коллективном движении электронов и ионов в постоянных магнитных полях.

7.4. Пять (5) задач о движении частиц плазмы в постоянных электромагнитных полях.

7.5. Три (3) задачи об искусственных и естественных магнитных зеркалах.