Рабочая программа учебной дисциплины \"физика плазмы\" Цикл icon

Рабочая программа учебной дисциплины "физика плазмы" Цикл



Смотрите также:
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ


(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)


ИНСТИТУТ ТЕПЛОВОЙ И АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИТАЭ)
____________________________________________________________________
_______________________________________


Направление подготовки: 140700 Ядерная энергетика и теплофизика

Программа подготовки магистров: Теплофизика и молекулярная физика

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: очная


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"ФИЗИКА ПЛАЗМЫ"


Цикл:

профессиональный




Часть цикла:

вариативная




дисциплины по учебному плану:

^ ИТАЭ; М.2.3




Часов (всего) по учебному плану:

144




^ Трудоемкость в зачетных единицах:

4

1 семестр

Лекции

54 часа

1 семестр

Практические занятия

не предусмотрены




^ Лабораторные работы

18 часов

1 семестр

Расчетные задания, рефераты

18 часов самостоят. работы

1 семестр

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

72 часа

1 семестр

Экзамены




1 семестр

Курсовые проекты (работы)

36 часов





Москва - 2011

^ 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является изучение основ физики плазмы и методов исследования систем, использующих плазму в качестве рабочего тела, необходимых для практической деятельности инженеров теплофизиков.


По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

  • к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7);

  • применять основные методы, способы и средства получения, хранения, переработки информации, использовать компьютер как средство работы с информацией (ОК-11);

  • к практическому анализу логики различного рода рассуждений, к публичным выступлениям, аргументации, ведению дискуссии и полемики (ОК-12);

  • анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по физике плазмы (ПК-6);

  • к проведению физического и численного эксперимента, к разработке с этой целью соответствующих экспериментальных стендов и компьютерных программ (ПК-12);

  • проводить расчеты теплофизических характеристик процессов, протекающих в системах, использующих плазму в качестве рабочего тела, по существующим методикам с использованием справочной литературы;

  • к участию в проведении теплофизического эксперимента и в обработке опытных данных;

  • к критическому анализу существующих инженерных и прикладных моделей процессов в физике плазмы.


Задачами дисциплины являются:

  • обеспечить понимание содержания основных закономерностей физики плазмы, законов сохранения импульса, энергии, баланса частиц и роли закономерностей в решении задач для систем, использующих плазму в качестве рабочего тела;

  • научить составлять математическое описание процессов в плазменных системах, применительно к типовым конструкциям и режимам работы теплофизического оборудования;

  • познакомить обучающихся с содержанием и методами теории физики плазмы, применительно к изучению термодинамики и процессов переноса теплоты, массы и электрического заряда;

  • дать анализ и обеспечить понимание физических механизмов переноса теплоты, массы и электрического заряда в различных системах, использующих плазму в качестве рабочего тела;

  • научить рассчитывать интенсивность различных видов тепловых и электрических процессов, протекающих в низкотемпературной плазме:

  • понимать научное обоснование и границы применимости различных соотношений, используемых в инженерной практике;

  • критически анализировать и использовать информацию о современных подходах к анализу содержания и методов моделирования процессов, использующих плазму в качестве рабочего тела.



^ 2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла М.2 основной образовательной программы подготовки магистров «Теплофизика и молекулярная физика» направления 140700 «Ядерная энергетика и теплофизика».

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Математика», «Физика (общая)», «Физика специальная», «Термодинамика».

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при изучения дисциплины «Физика твердого тела», а также при выполнении магистерской диссертации.

^ 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины, обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

  • использовать представления о методических основах научного познания и творчества, роли научной информации в развитии науки (ОК-8);

  • демонстрировать навыки работы в коллективе. готовность генерировать (креативность) и использовать новые идеи (ПК-3);

  • находить творческие решения профессиональных задач, готовность принять не стандартные решения (ПК-4);

  • оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы (ПК-8;

  • использовать современные компьютерные и информационные технологии (ПК-9);

  • использовать педагогические методики при подготовке и проведении практических и лабораторных занятий по дисциплине ООП магистратуры (ПК-27).

Уметь:

  • составлять математическое описание процессов в плазме применительно к типовым конструкциям и режимам работы теплофизического оборудования (ОК-7, ПК-2);

  • самостоятельно выбирать адекватную задаче методику для расчета типовых процессов в плазме определять температурный и электрический режимы работы элементов теплофизических устройств, использующих плазму (ОК-7, ПК-8);

  • использовать стандартные программы для численного моделирования процессов в плазменных системах (ПК-12);

  • осуществлять поиск и анализировать научную и научно-техническую информацию в текущей научной периодике и в Интернет (ПК-6);

  • участвовать в проведении теплофизических экспериментов по изучению процессов в плазменных системах (ПК-12).


Владеть:

  • терминологией в области физики плазмы (ОК-2);

  • навыками дискуссии по профессиональной тематике (ОК-12);

  • методиками проведения расчетов типичных процессов в плазменных системах (ПК-8);

  • навыками самостоятельной работы на компьютере, проведения численных исследований физики плазмы (ПК-12).

^ 4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часа.



п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)


лк

пр

лаб

Сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Введение в физику плазмы.

12

1

6

--

2

4

Реферат «Плазма 4 состояния вещества ?»

2

Элементарные процессы в плазме.


10

1

6

--

--

4

Письменная контрольная работа .

3

Коллективные процессы.

14

1

6

--

4

4

Письменная контрольная работа по материалам раздела.

4

Термодинамика слабонеидеальной плазмы.

10

1

6

--

--

4

Письменная контрольная работа по материалам раздела.

5

Кинетическая теория плазмы.

14

1

6

--

4

4

Типовой расчет, контрольный опрос

6

Коэффициентов переноса в слабоионизованной плазме.

10

1

6

--

--

4

Написание реферата о выводе интеграла столкновений в форме Больцмана

7

Типы электрических разрядов.

14

1

6

--

4

4

Типовой расчет коэффициентов переноса и термодинамических свойств плазмы.

8

Колебания и волны в низкотемпературной плазме.

10

1

6

--

--

4

Письменная контрольная работа «Расчет ВАХ дугового разряда.».

9

Высокотемпературная плазма.


12

1

6

--

4

2

Домашнее задание, контрольный опрос




Зачет

2

1

--

--

--

2

Презентация и защита типового расчета




Экзамен

36

1

--

--

--

36

Устный экзамен




Итого:

144

1

54

18

--

72






^ 4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции

1. Введение в физику плазмы

Плазма в природе и лабораторных исследованиях, плазма как рабочее тело различных технических установок. Механизмы поведения взаимодействующих заряженных частиц во внешних электрических и магнитных полях. Основные свойства плазмы.

2. Элементарные процессы в плазме.

Энергетические уровни атомов и молекул. Процессы возбуждения и ионизации.. Сечения столкновений и ионизации. Термически равновесная плазма. Условия возникновения термической неравновесности в плазме.


3. Коллективные процессы

Коллективные процессы в плазме: Экранированный электрический потенциал. Плазменные колебания. Уравнение Максвелла. Волновое уравнение, описывающее распространение электромагнитных волн. Плазменные колебания и их влияние на распространение электромагнитной волны в плазме.

4. Термодинамика слабонеидеальной плазмы

Экранированный потенциал. Экранированный электрический потенциал и нахождение энергии кулоновского взаимодействия частиц. Термодинамика слабонеидеальной плазмы. Параметр неидеальности плазмы. Различные виды ионизационного равновесия. Термическая ионизация. Уравнение Саха. Влияние неидеальности плазмы на ионизационное равновесие. Фазовый переход металл – диэлектрик.


5. Кинетическая теория плазмы

Кинетическая теория частично ионизированной плазмы во внешних электрических и магнитных полях. Уравнение Больцмана для плазмы и методы его решения. Интеграл столкновений. Уравнение Власова. Уравнение Фоккера - Планка.


6. Коэффициенты переноса в слабоионизованной плазме.

Расчет коэффициентов переноса в слабоионизованной плазме. Влияние магнитного поля на коэффициенты переноса. Вывод уравнений гидродинамики для плазмы из электронов, ионов и атомов. Перенос излучения в плазме.


7. Типы электрических разрядов

Различные типы электрических разрядов. Самостоятельные и несамостоятельные разряды низкого и высокого давлений. Расчет основных характеристик электрической дуги.

Тлеющий разряд и его свойства. Плазма в лазерной искре и СВЧ полях.


8. Колебания и волны в низкотемпературной плазме.

Типы волн в плазме. Ионизационные волны. Основные неустойчивости в низкотемпературной плазме: акустическая, перегревная, ионизационная, ионизационно-перегревная. Плазменная турбулентность. Турбулентные коэффициенты переноса.

9. Высокотемпературная плазма

Основные понятия о свойствах высокотемпературной, полностью ионизованной плазма в космосе и лабораторных установках. Методы удержания плазмы. Методы получения высокотемпературной плазмы и исследовании её свойств и процессов в ней.

Турбулентность и её влияние на процессы переноса энергии и частиц. Неклассические механизмы переноса частиц и энергии.


^ 4.2.2. Практические занятия: «Практические занятия учебным планом не предусмотрены».)


4.3. Лабораторные работы

1 семестр

№ 1. Измерения спектров излучения плазмы, находящейся в канале плазмотрона.

№ 2. Обработка спектра излучения. Численное решение интегрального уравнения Абеля и получения распределения температуры плазмы пол радиусу канала плазмотрона.

№ 3. Исследование эффекта Холла в газоразрядной плазме.

№ 4. Получения данных о потери импульса электронов из измеренного параметра Холла.


^ 4.4. Расчетные задания

Расчет кинетических и термодинамических свойств плазмы разрядов различных типов.


4.5. Курсовые проекты и курсовые работы

Высокотемпературная теплофизика и экстремальные состояния вещества (1 семестр).


^ 5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в традиционной форме, с использованием специально подготовленных раздаточных материалов. Планируется представить на Интернет портале МЭИ на сайте кафедры ИТФ раздел по курсу «Физика плазмы», доступный каждому студенту, включающие программа курса, варианты контрольных опросов, типовые задачи по курсу, раздаточный материал (справочные данные о потенциале ионизации, графики спектральных линий различных элементов и др. справочная информация).


^ Лабораторные работы. Позволяют студентам освоить основные методики измерения свойств плазмы (излучения, температуры, электрического потенциала). Рассмотреть влияние магнитного поля на структуру разряда. Познакомится со свойствами термически равновесной и термически неравновесной плазм.

^ Практические занятия. Практические занятия проводятся с обсуждением в аудитории общего алгоритма решения, получение предварительной аналитической оценки, там, где это возможно. В качестве домашнего задания предлагается проведение многовариантных расчетов в среде Mathcad, Matlab или ANES.

Проводится занятие с демонстрацией электрических разрядов в атмосфере и лабораторных установках.

^ Самостоятельная работа включает знакомство с дополнительной научной литературой, выполнение домашних заданий к практическим занятиям, выполнение расчетного задания, подготовку к контрольным опросам, подготовку к зачету и экзамену.


^ 6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

За весь семестр на основе выполнения письменных контрольных работ проводится порядка 10 контрольных опросов, охватывающих весь теоретический материал. Это – форма контроля самостоятельной работы студентов. На практических занятиях проводится по две контрольных работы в семестр. Успешная сдача контрольных опросов и написание контрольных работ, самостоятельное решение обязательного набора домашних заданий, выполнение и защита типового расчета – условие получения семестрового зачета по курсу.


^ Темы типовых расчетов, варианты контрольных заданий и контрольных опросов для проведения текущего контроля, а также для контроля самостоятельной работы обучающегося по отдельным разделам дисциплины, и перечень вопросов для промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (зачет, экзамен), включены в Учебно-методический комплекс по дисциплине. Все эти материалы планируется разместить на сайте кафедры в Интернет.

Аттестация по дисциплине – зачет и экзамен.

Оценка за освоение дисциплины, определяется по итогам экзамена, но с учетом работы студента в семестре. Это делается в том случае, когда результаты экзамена оказываются ниже, чем уровень работы студента в течение семестра.

^ 7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

  1. Синкевич О.А., Стаханов И.П. Физика плазмы.-М.:Высш.школа,1991.-191с.

  2. Герасимов Д.Н., Глазков В.В. Спектральные и зондовые исследования низкотемпературной плазмы. Лабораторный практикум. -М.: Изд-во Моск. Энергетич. Инст., 2006, 31 С.

  3. Глазков В.В., Синкевич О.А.. Применение вейвлет - преобразования для анализа турбулентности в низкотемпературной плазме. -М.: Изд-во Моск. Энергетич. Инст., 2002, 40 С.

  4. Синкевич О.А.. Акустические волны в плазме и твердом теле. Учебное пособие. -М.: Изд-во Моск. Энергетич. Инст.. 2007. 91 с.


б) дополнительная литература:

  1. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. -М: Изд-во Интеллект 2009, 734с.

  2. Синкевич О.А., Глазков В.В., Левитан Ю.С. Модели плазменной турбулентности и численное методы расчета турбулентных течений плазмы. Энциклопедия низкотемпературной плазмы, ред. В.Е. Фортов, Москва, Изд. МАИК "Наука-Интерпериодика", 2000, Т. III,, С. 272-285).

  3. Синкевич О.А. Введение к разделу "Численное моделирование низкотемпературной плазмы". Энциклопедия низкотемпературной плазмы, ред. В.Е. Фортов, Москва, Изд. МАИК "Наука-Интерпериодика", 2000, Т. III, С. 227-228.

  4. Артемов В.И., Левитан Ю.С., Синкевич О.А. Неустойчивости и турбулентность в низкотемпературной плазме. -М: Изд-во Моск. Энергетич. Инст., 1994, 402с.


^ 7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

На сайте кафедры ИТФ МЭИ имеется раздел «Материалы по курсу «Физика плазмы», где приводится 30 вариантов типовых расчетов, варианты контрольных опросов для контроля текущей самостоятельной работы студентов, перечень вопросов для повторения перед экзаменом 9 семестра, раздаточные и справочные материалы, дополнительная литература для самостоятельной работы, включающая монографии и научные статьи.


б) другие:

При наличии специальной аудитории существует возможность проводить занятие с кино-демонстрацией электрических разрядов в атмосфере и лабораторных установках, что позволит студентам увидеть особенности поведения плазмы, отличающие её от газа и жидкости.


^ 8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения более успешного освоения студентами курса «Физика плазмы» необходимо наличие учебной аудитории, снабженной компьютерным проектором для демонстрации слайдов и учебных фильмов.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки 140700 «Ядерная энергетика и теплофизика» и программе подготовки магистров «Теплофизика и молекулярная физика».


ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

д.ф.-м.н., профессор Синкевич О.А.


"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой ИТФ

д.т.н., с.н.с. Яньков Г.Г.



Скачать 158,18 Kb.
Дата конвертации24.10.2013
Размер158,18 Kb.
ТипРабочая программа
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rud.exdat.com


База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2012
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Документы