Освоение дисциплины способствует формированию следующих общепрофессиональных компетенций (ОПК):

• умение планировать и организовывать эксперимент;

инструментальных компетенций (ИК):

• умение выбирать методы и средства измерений в соответствии со стандартами (техническими регламентами) и анализировать полученные результаты,

• умение пользоваться приборами и оборудованием;

специальных профессиональных компетенций (СПК):

• умение осуществлять выбор материалов для изделий различного назначения с учетом эксплуатационных требований.

Специалист должен:

Знать: физические принципы, положенные в основу методов исследования и работы измерительных приборов, основные методы измерений теплофизических параметров веществ, изучения поверхности твердых тел, характеристики и принцип действия измерительных установок, методы анализа и обработки экспериментальных данных.

Уметь: пользоваться обширным справочным материалом по методам, приборам и датчикам для измерений теплофизических параметров, микроскопического и спектроскопического анализа состава и свойств поверхности наноматериалов, для использования их в конкретных экспериментальных условиях, планировать измерительный эксперимент так, чтобы точность измерений соответствовала поставленной цели, учитывать возможность систематических ошибок и принимать меры к их устранению, анализировать результаты измерений и делать правильные выводы.

Минимальная трудоемкость дисциплины «Избранные вопросы физики низких температур» составляет 3 кредита.

Пререквизиты:

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Для успешного освоения раздела курса докторант должен знать молекулярную физику, термодинамику и статистическую физику, квантовую физику, физику твердого тела.

Постреквизиты:

Изучение дисциплины может проводиться параллельно с изучением теплофизических свойств веществ и материалов, экспериментальных методов в теплофизике, математического моделирования.

Краткое содержание курса "Избранные вопросы физики низких температур"

Лекций – 2 кредита (30 часов), практических занятий – 1 кредит (15 часов).

Лекции-2 кредита (30 часов).

1. Основы низкотемпературной термометрии

1.1. Понятие температуры. Особенности измерений при низких температурах

1.2. Термодинамические принципы построения температурной шкалы. Практические температурные шкалы.

1.3. Национальные и международные температурные шкалы. Единственность ПТШ.

1.4. Абсолютная термодинамическая шкала температур. Возможность ее воспроизведения.

1.5. Первичные и вторичные термометры. Точность, чувствительность, стабильность термометров.

1.6. Международная практическая шкала температур. Принципы построения.

1.7. Единственность МПТШ-68 и отклонения от абсолютной термодинамической шкалы при низких температурах.

1.8. Предварительная температурная шкала ПТШ-76. Реперные точки ПТШ-76.

1.9. Основные реперные точки МПТШ-68 и методы их реализации. Установление температурной шкалы в интервале между реперными точками.

1.10. Стандартизация измерений низких температур.

2. Методы измерения низких температур

2.1. Газовый термометр. Конструкции газовых термометров, их характеристики. Поправки на сорбцию, "вредный объем", гидростатическое и термомолекулярное давление.

2.2. Вторичные термометры. Их назначение, требования, предъявляемые к ним, их основные эксплуатационные характеристики.

2.3. Термометры на основе зависимости электросопротивления металлов от температуры. Платиновый термометр сопротивления. Интерполяционные формулы для платиновых термометров.

2.4. Термометры сопротивления на основе полупроводников. Германиевые термометры сопротивления. Особенности конструкции и основные эксплуатационные характеристики.

2.5. Кремниевые термометры и термометры на основе арсенида галлия.

2.6. Диоды в качестве низкотемпературных термометров.

2.7. Термоэлектрические термометры для измерения низких температур. Материалы для термоэлектродов.

2.8. Требования стандартизации термоэлектрических измерений.

2.9. Основные источники погрешностей при измерении температуры термопарами.

2.10. Градуировка низкотемпературных электрических термометров. Криостаты сравнения.

3. Методы получения низких и сверхнизких температур.

3.1. Основные этапы развития физики низких температур. Получение жидкого водорода.

3.2. Изобретение Дьюаром сосуда для длительного хранения криожидкостей.

3.3. Опыты Хайка Камерлинг-Оннеса. Получение жидкого гелия. Попытки получения твердого гелия.

3.4. Открытие Камерлинг- Оннесом эффекта сверхпроводимости при изучении электрических свойств ртути.

3.5. Жаке, Дебай - метод получения сверхнизких температур путем адиабатного размагничивания солей.

3.6. Получение температуры ниже 0.1 К с помощью рефрижератора растворения Не3-Не4

3.7. Физические основы охлаждения и получения низких температур Обратные термодинамические циклы. Газовые и парокомпрессионные холодильные машины.

3.8. Расширение из постоянного объема. Дросселирование сжатого газа. Эффект Джоуля-Томпсона. Дифференциальный и интегральный дроссель-эффекты.

3.9. Абсорбционное и десорбционное охлаждение. Охлаждение с помощью откачки паров. Десорбционное охлаждение.

3.10. Термоэлектрические эффекты. Эффекты Зеебека, Пельтье, Томпсона. Магнитное охлаждение. Механокалорический эффект.

Семинарские занятия – 1 кредит (15 часов).

1. Взаимодействие газов с криогенными поверхностями.

2. Основные этапы роста тонких пленок криовакуумных конденсатов

3. Методы измерение коэффициентов преломления тонких пленок криоконденсатов газов

4. Методы измерение плотности тонких пленок криоконденсатов газов

5. Измерений скорости конденсации криоконденсатов

6. ИК-спектрометрический анализ состояния криовакуумных конденсатов

7. Колебания молекул и колебательная спектроскопия

8. Фазовые диаграммы азота, двуокиси углерода, закиси азота

9. Фазовая диаграмма метана. Структурные вазовые превращения в твердом метане.

10. Спин-спиновые превращения и спин-фононное взаимодействие в квантовых криоконденсатах

11. Влияние тонких пленок криоконденсатов на отражательные характеристики поверхностей

12. Аморфные и кристаллические пленки криоконденсатов газов. Условия образования и свойства.

13. Структурно-фазовые превращения в криоконденсатах газов.

14. Молекулярные криокристаллы. Основные типы кристаллических решеток молекулярных криокристаллов.

15. Квантовые криокристаллы. Спиновые состояния и спиновые конверсионные процессы.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Криокристаллы. Под ред. акад. Г. Киев, Наукова Думка. 1984

1. К. Экспериментальная техника в физике низких температур. Физматгиз. 1961.

2. А. И. Шальников. Физика низких температур. Москва, ИЛ, 1959.

3. Ф. Криогенные системы. М.: Энергоатомиздат, 1989.

4. А. Дробышев, А. Алдияров. Техника низкотемпературного эксперимента. Ч. 1. Низкотемпературная термометрия. Алматы, Из. Казак университетi. 2006.

5. П., Ф., А. Низкотемпературная термометрия. М.: Энергоатомиздат, 1987

6. М., П. и др. Криогенные системы. Основы проектирования аппаратов и установок. М.: Машиностроение, 1987.

7. К. Мендельсон. Физика низких температур. ИЛ, 1963.

8. И. Криогенная техника. - М.: Энергия, 1979.

9. Справочник по физико-техническим основам криогеники. /Под ред. М. П.Малкова - М.: Энергия, 1985.

Дополнительная

1. В., Ф. Физика твердого тела. М.: ВШ, 2000.

2. Ф. Криогенные системы. Энергоатомиздат. 1989.

3. М. П.Малков. Справочник по физико-техническим основам криогеники. М.: Энергия. 1973.

4. Н. Динамика разреженного газа. М.: Наука, 1967.

5. М. Теория сверхтекучести. М.: Наука, 1971.

6. В., А. Теплообмен с Не II. М.: Энергоатомиздат, 1986.

3. учебно-методическое обеспечение

№	Вопросы и задания	Времячас	Срок выдачи	Срок сдачи	Литера-тура
1	Методы измерения толщины тонких пленок.	15	1 неделя	2 неделя
2	ИК-Фурье спектрометры. Устройство и принцип работы	15	4-я неделя	5-я неделя
3	Массспектрометрия остаточных газов	15	7-я неделя	8-я неделя
4	Использование эффекта Джозефсона для измерения сверхмалых токов и напряжений.	15	10-я неделя	11-я неделя
5	Современные измерители вакуума.	15	13-я неделя	14-я неделя
6	Методы и программы обработки баз данных	15	15-я неделя	15-я неделя

Задания для СРДП

№	Вопросы и задания	Времячас	Срок выдачи	Срок сдачи	Литература
1	Свойства вещества при низких температурах. Сжижение газов.	15	1 неделя	2 неделя
2	Природа межмолекулярных сил. Силы и потенциалы взаимодействия молекул. Кластеры в газах	15	4-я неделя	5-я неделя
3	Криогенные жидкости - жидкий азот, жидкий кислород, жидкие инертные газы.	15	7-я неделя	8-я неделя
4	Свойства жидкого и твердого водорода. Орто-парасостояния.	15	10-я неделя	11-я неделя
5	Свойства жидкого и твердого гелия. Сверхтекучесть.	15	13-я неделя	14-я неделя
6	Сверхпроводимость	15	15-я неделя	15-я неделя
7	Реперные точки в области сверхнизких температур	15	15-я неделя	15-я неделя