4 Тематическое планирование изучения содержания дисциплины
№
|
Наименование раздела дисциплины
|
Распределение по видам (час)
|
Лек.
|
ЛЗ
|
СРС
|
Раздел 1. Химия
|
1
|
Химические системы: растворы, дисперсные системы, электрохимические системы, катализаторы и каталитические системы, полимеры и олигомеры; химическая термодинамика и кинетика: энергетика химических процессов, химическое и фазовое равновесие, скорость реакции и методы ее регулирования, колебательные реакции; реакционная способность веществ
|
8/1
|
4/-
|
-
|
2
|
химия и периодическая система элементов, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства веществ, химическая связь, комплементарность
|
12/1
|
6/-
|
-
|
3
|
химическая идентификация: качественный и количественный анализ, аналитический сигнал, химический, физико-химический и физический анализ
|
8/1
|
4/-
|
-
|
4
|
основные биохимические процессы и их применение в технологии отрасли; теоретические основы мембранных технологий; современные мембранные материалы; перспективы развития мембранных технологий; химический практикум
|
8/1
|
4/-
|
-
|
Раздел 2. Физика
|
1
|
Научный метод познания. Фундаментальные закономерности современного естествознания как теоретический фундамент новых наукоемких технологий.
|
1/-
|
2/-
|
9/18
|
2
|
Роль физики в социальном и экономическом развитии общества.
|
1/1
|
2/-
|
9/18
|
3
|
Основы механики: основные характеристики и закономерности кинематики и динамики твердого тела;
|
1/-
|
-
|
9/18
|
4
|
Колебательные и волновые процессы: основные характеристики и закономерности свободных, затухающих и вынужденных колебаний
|
1/1
|
2/-
|
9/18
|
5
|
Молекулярная физика и термодинамика: статистический и термодинамический методы исследования;;;; явления переноса
|
1/-
|
2/-
|
9/18
|
6
|
законы термодинамики; термодинамические функции состояния; равновесные состояния и процессы; неравновесные состояния и процессы; синергетика и экономика. Электричество и магнетизм: основные характеристики и закономерности электростатики; вещество в электрическом поле;
|
1/2
|
2/-
|
9/18
|
7
|
основные характеристики и закономерности магнитостатики; вещество в магнитном поле; явление электромагнитной индукции; электромагнитные волны
|
1/-
|
2/-
|
-
|
8
|
Принцип относительности в электродинамике
|
1/2
|
2/1
|
-
|
9
|
Элементы атомной физики и квантовой механики: корпускулярно-волновой дуализм; волны де Бройля
|
1/-
|
2/1
|
-
|
10
|
принцип неопределенности; волновая функция и ее физический смысл
|
1/2
|
-/-
|
9/18
|
11
|
энергетический спектр атомов и молекул
|
1/-
|
-/-
|
-
|
12
|
поглощение
|
1/-
|
-/-
|
-
|
13
|
спонтанное и вынужденное излучение
|
1/2
|
-/-
|
9/18
|
14
|
физический практикум
|
1/-
|
-/-
|
-
|
15
|
Основные направления развития научно-технического прогресса в отрасли
|
1/-
|
2/1
|
-
|
16
|
законы сохранения механики
|
1/-
|
2/1
|
9/18
|
17
|
основные характеристики и закономерности гидроаэромеханики
|
1/-
|
-/-
|
9/18
|
18
|
основные характеристики и закономерности волновых процессов
|
1/-
|
-/-
|
-
|
19
|
интерференция
|
1/-
|
-/-
|
-
|
20
|
дифракция
|
1/-
|
2/1
|
9/18
|
21
|
поляризация
|
1/2
|
-
|
-
|
22
|
основы молекулярно-кинетической теории
|
1/-
|
2/1
|
9/18
|
23
|
Электромагнитные колебания в колебательном контуре
|
1/2
|
-
|
-
|
24
|
классическая и квантовая статистика
|
1/-
|
-
|
9/16
|
25
|
основные характеристики и закономерности агрегатных состояний и фазовых переходов
|
1/-
|
2/1
|
-
|
26
|
Волновая оптика. Интерференция световых волн.
|
1/2
|
2/1
|
9/16
|
27
|
Дифракция света. Поляризация света. Дисперсия света.
|
1/-
|
2/1
|
9/16
|
28
|
Законы излучения чёрного тела. Фотоэлектрический эффект.
|
1/-
|
-
|
9/16
|
29
|
Теория Бора для атомного ядра водорода.
|
1/-
|
-
|
-
|
30
|
Соотношения неопределённостей Гейзенберга. Уравнение Шрёдингера.
|
1/-
|
-
|
-
|
31
|
Водородоподобные атомы в квантовой механике.
|
1/-
|
-
|
-
|
32
|
Многоэлектронные атомы. Принцип Паули.
|
1/-
|
-
|
-
|
33
|
Вынужденное и спонтанное излучение фотонов.
|
1/2
|
-
|
9/16
|
34
|
Элементы физики твёрдого тела.
|
1/-
|
-
|
-
|
35
|
Электропроводность полупроводников.
|
1/-
|
-
|
-
|
36
|
Атомное ядро и элементарные частицы.
|
1/-
|
2/1
|
9/16
|
Раздел 3. Биотехнология
|
1
|
Биотехнология
|
18/2
|
9/1
|
13/-
|
2
|
Мембранные технологии
|
18/2
|
8/1
|
-
|
|
Итого:
|
108/26
|
67/12
|
175/312
|
5 Содержание дисциплины
Раздел ФИЗИКА
Тема 1 Кинематика поступательного движения
Основные характеристики и закономерности кинематики. Скорость и ускорение как первая и вторая производные от радиус-вектора. Частные случаи прямолинейного равномерного и равнопеременного движения. Научный метод познания. Фундаментальные закономерности современного естествознания как теоретический фундамент новых наукоемких технологий. Роль физики в социальном и экономическом развитии общества. Основные направления развития научно-технического прогресса в отрасли. Физический практикум.
Тема 2 Кинематика вращательного движения
Движение по окружности и его характеристики. Нормальное и тангенциальное ускорения. Радиус кривизны. Угол поворота, угловая скорость и угловое ускорение как производные от угла поворота. Связь между линейными и угловыми величинами. Физический практикум.
Тема 3 Законы динамики Ньютона
Динамика материальной точки. Законы Ньютона. Первый закон Ньютона и инерциальные системы отсчета. Второй закон Ньютона. Внутренние и внешние силы. Третий закон Ньютона. Взаимодействия в природе: фундаментальные и нефундаментальные. Основные виды сил, изучаемые в механике. Силы упругости. Упругие и неупругие деформации. Закон Гука. Сила тяжести. Вес. Силы трения. Трение покоя и трение скольжения. Силы инерции. Основы механики: основные характеристики и закономерности кинематики и динамики твердого тела. Физический практикум.
Тема 4 Законы сохранения импульса и механической энергии
Законы сохранения механики. Импульс системы материальных точек. Закон сохранения импульса. Работа силы. Кинетическая энергия. Теорема о кинетической энергии. Консервативные силы. Потенциал. Потенциальная энергия. Теорема о потенциальной энергии. Полная механическая энергия. Закон сохранения полной механической энергии. Основы СТО. Основные характеристики и закономерности гидроаэромеханики. Физический практикум.
Тема 5 Основы молекулярной физики
Молекулярная физика и термодинамика: статистический и термодинамический методы исследования; основы молекулярно-кинетической теории . Основы теории идеального газа. Параметры состояния идеального газа. Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы. Газовые законы. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа.
Тема 6 Основы кинетической теории
Основные характеристики и закономерности агрегатных состояний и фазовых переходов. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул. Явления переноса. Законы теплопроводности, диффузии, внутреннего трения.
Тема 7 Начала термодинамики
Законы термодинамики. Первое начало термодинамики, его применение к различным изопроцессам. Внутренняя энергия.
Энтропия. Второе начало термодинамики. Третье начало термодинамики. Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно и его к.п.д. Термодинамические функции состояния. Равновесные состояния и процессы. Неравновесные состояния и процессы. Синергетика и экономика.
Тема 8 Электростатика
Основные характеристики и закономерности электростатики. Поток вектора напряженности. Принцип суперпозиции полей. Теорема Гаусса и ее применение для расчета электростатических полей от тел простейшей геометрической формы. Циркуляция вектора напряженности. Потенциальность электростатического поля. Потенциал и разность потенциалов электростатического поля, их связь с напряженностью. Вещество в электрическом поле.
Тема 9 Постоянный электрический ток
Энергия заряженного проводника и заряженного конденсатора. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии поля. Условия существования тока. Сила и плотность тока, напряжение. Сопротивление и проводимость. Закон Ома для участка цепи. Сторонние силы. Электродвижущая сила. Закон Ома для неоднородной и для замкнутой цепи. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца.
Тема 10 Магнитное поле. Закон Био-Савара-Лапласа
Электричество и магнетизм: основные характеристики и закономерности магнитостатики. Экспериментальные данные о магнитных взаимодействиях. Открытия Ампера и Эрстеда. Величина и направление магнитной индукции. Вещество в магнитном поле. Магнитная проницаемость вещества. Напряженность магнитного поля. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение для полей прямого и кругового тока. Принцип суперпозиции для магнитных полей.
Тема 11 Свойства магнитного поля
Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов. Правило левой руки. Магнитное поле движущегося заряда. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. Явление электромагнитной индукции. Индуктивность. Энергия магнитного поля. Принцип относительности в электродинамике.
Тема 12 Механические и электромагнитные колебания
Колебательные процессы. Гармонические колебания и их характеристики. Простейшие колебательные системы: пружинный, математический и физический маятники, колебательный контур. Колебательные и волновые процессы: основные характеристики и закономерности свободных, затухающих и вынужденных колебаний. Дифференциальные уравнения свободных и вынужденных колебаний (механических и электромагнитных) и их решения.
Тема 13 Упругие и электромагнитные волны
Волновые процессы. Продольные и поперечные волны. Волновое уравнение. Основные характеристики и закономерности волновых процессов. Стоячие волны. Электромагнитные волны. Уравнение электромагнитной волны и его решение. Применение электромагнитных волн.
Тема 14 Элементы геометрической оптики и волновые свойства света
Понятие луча. Законы прямолинейного распространения, отражения и преломления света. Полное внутреннее отражение. Интерференция. Принцип Гюйгенса. Когерентность. Оптическая разность хода. Условия максимумов и минимумов при интерференции. Дифракция. Дифракционная решетка. Поляризация.
Тема 15 Квантовая теория излучения
Элементы атомной физики и квантовой механики: корпускулярно-волновой дуализм. Явление фотоэффекта. Внутренний и внешний фотоэффект. Законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Применение фотоэффекта. Масса и импульс фотона. Давление света. Эффект Комптона и его элементарная теория. Волны де Бройля. Принцип неопределенности. Волновая функция и ее физический смысл. Классическая и квантовая статистика.
Тема 16 Элементы физики атомного ядра. Радиоактивность
Размер, состав и заряд ядра. Массовое и зарядное число. Дефект массы и энергия связи ядра. Ядерные силы. Энергетический спектр атомов и молекул. Поглощение. Спонтанное и вынужденное излучение. Закон радиоактивного распада. Правила смещения при радиоактивных распадах.
Тема 17 Ядерные реакции
Ядерные реакции. Энергетический выход реакции. Открытие нейтрона. Ядерные реакции под действием нейтронов. Реакция деления ядра. Цепная реакция деления. Реакция термоядерного синтеза.
Раздел ХИМИЯ
Введение. Химия как часть естествознания. Предмет химии. История развития и становления химии как науки, ее связь с другими областями знаний. Значение химии для формирования естественнонаучного мышления и развития техники.
Тема 1 Основные понятия и законы химии
Атомно-молекулярная теория. Базовые химические понятия – атом, молекула, вещество, химическая реакция. Химический язык. Элементы теории систем в применении к химии. Количественные расчеты в химии. Фундаментальные законы химии. Качественный и количественный анализ. Аналитический сигнал. Химический, физико-химический и физический анализ.
Тема 2 Основы строения вещества
Строение атома: квантовомеханическая модель атома; квантовые числа; атомные орбитали и их заполнение; ядро атома. Химия и периодическая система элементов; изменение свойств элементов и их соединений в зависимости от атомного номера элемента; потенциал ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность; кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства веществ. Значение периодического закона.
Химическая связь: природа химической связи; основные типы и характеристики связи; ковалентная и ионная связь; металлическая связь; зависимость между пространственным строением и свойствами молекул. Комплементарность. Химическая индентификация.
Взаимодействие молекул: характер межмолекулярных взаимодействий (ММВ); водородная и донорно-акцепторная связь; ММВ и агрегатное состояние вещества (газообразное, жидкое, твердое); силы ММВ и фазовые переходы; кристаллы и кристаллические решетки; жидкие кристаллы.
Тема 3 Общие закономерности химических реакций
Химическая термодинамика и кинетика. Химическая термодинамика: внутренняя энергия и энтальпия; энергетика химических процессов; термохимические законы и уравнения; энтропия и ее изменение при химических процессах; термодинамические потенциалы и условия самопроизвольного протекания химических реакций.
Химическая кинетика: скорость реакции и методы ее регулирования; закон действия масс и основное химическое уравнение; понятие о сорбционных процессах; скорость гетерогенных химических реакций; гомогенный и гетерогенный катализ. Колебательные реакции. Реакционная способность веществ.
Химическое и фазовое равновесие: обратимые и необратимые реакции; состояние химического равновесия; закон действия масс и константа равновесия; сдвиг равновесия; принцип Ле-Шателье.
Тема 4 Растворы
Химические системы. Дисперсные системы: общая классификация систем по степени дисперсности и понятие об истинных растворах; растворы как системы со специфическими характеристиками; растворимость веществ; концентрация растворов и способы ее выражения; физико-химические основы процесса растворения.
Растворы. Растворы неэлектролитов и электролитов; физические свойства растворов (осмос; изменение температур фазовых переходов); электролитическая диссоциация и ионные уравнения реакций; особенности воды, как растворителя; диссоциация воды; водородный показатель среды; ионные реакции в растворах. Химический практикум.
Тема 5 Основы электрохимии
Окислительно-восстановительные процессы: определение, основные понятия, механизм; составление уравнений реакций. Электрохимические системы. Определение и классификация электрохимических процессов; электродные процессы и электродные потенциалы; гальванические элементы, их ЭДС; стандартный водородный электрод и водородная шкала потенциалов; уравнение Нернста. Электролиз: катодные и анодные процессы. Коррозия металлов и ее виды (химическая, электрохимическая); механизм коррозии разных видов; методы защиты от коррозии, их классификация. Катализаторы и каталитические системы. Полимеры и олигомеры.
Тема 6 Металлы. Свойства металлов в зависимости от их положения в периодической таблице; формы нахождения металлов в природе; руды и их обогащение; способы получения чистых металлов; химические основы теории сплавов.
Раздел ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЙ
Введение. Предмет учебного курса. Понятия науки, техники, техносферы, технологии, технологического процесса, научно-технического прогресса (НТП). Естественные науки (в первую очередь – физика и химия) как теоретическая основа техники и технологии.
Тема 1История техники и технологии
Дискуссии о происхождении техники и технологий на Земле. Ранняя история науки и техники; соотношение технического и научного прогресса. Научно-техническое развитие Руси. Реформаторская деятельность Петра I в сфере науки и техники. Деятельность М.В. Ломоносова.
Техническое развитие России в XVIII в.: И. Кулибин, И. Ползунов, Фроловы, Черепановы.
Зарождение и развитие системы технического образования в России. Технический и научный прогресс к началу ХХ в.
Техника от 20-х годов прошлого столетия до наших дней. Формирование системы государственной научно-технической политики, системы стандартизации и сертификации. Новые технологические процессы. Основные биохимические процессы и их применение в технологии отрасли.
Тема 2Технологические процессы
Производство и его структура. Основные принципы организации производственного процесса – специализация, пропорциональность, параллельность, непрерывность, ритмичность. Производственная структура предприятия и цеха. Организация технического обслуживания.
Производственный цикл и его структура.
Понятие о технологических процессах, операциях и технологических схемах. Физические, механические и химические технологические процессы. Классификация технологических процессов по способу организации (периодические, непрерывные, комбинированные), по виду используемого сырья и способам его обработки. Понятие о скорости и равновесии технических процессов.
Элементы производственного процесса: предметы труда, орудия и средства труда, труд. Структуры технологических процессов, типы технологических связей и способы управления. Технологический режим. Технический регламент и технологические карты. Функциональные, структурные и логические схемы.
Операционный менеджмент – основа управления технологическими процессами на основе системного подхода.
Понятие о сырье, виды сырья. Подготовка сырья. Вода в промышленности; критерии технической воды; промышленный водооборот. Виды энергии, используемой в промышленности – электрическая, тепловая, химическая, ядерная.
Понятие о материальном и тепловом балансе производства. Принципы рационального использования сырья и энергии.
Технические и экономические показатели эффективности технологических процессов и продукции. Технологические критерии – степень превращения сырья, выход продукта, производительность и интенсивность.
Стандартизация и ее значение для развития промышленного производства. Контроль качества.
Тема 3 Современные проблемы техники и технологии
Научно-техническая революция XX в. и крупнейшие достижения этого периода. Конвейерное производство и средства автоматизации. Вычислительные машины и робототехника. Аэрокосмическая техника. Лазерные технологии. Нанотехнологии. Биотехнологии. Теоретические основы мембранных технологий. Современные мембранные материалы. Перспективы развития мембранных технологий.
Связь технологии, науки и экономики. Технологии, производство и экология.
6 Тематика лабораторных работ
При проведении лекционных и лабораторных занятий используется лабораторное оборудование специализированной физической лаборатории, компьютерные кабинеты и программное обеспечение для проведения виртуальных лабораторных работ.
ФИЗИКА
№
п/п
|
Тема
|
1
|
Кинематика прямолинейного и криволинейного движения.
|
2
|
Динамика материальной точки и твердого тела. Основы СТО.
|
3
|
Основы молекулярно-кинетической теории и термодинамики идеального газа.
|
4
|
Основы электростатики. Законы постоянного тока.
|
5
|
Магнитное поле. Явление электромагнитной индукции.
|
6
|
Механические колебания и волны.
|
7
|
Электромагнитные колебания и волны.
|
8
|
Волновые и квантовые свойства света.
|
9
|
Элементы физики атомного ядра.
|
1
|
Движение с постоянным ускорением.
|
2
|
Упругие и неупругие удары.
|
3
|
Газовые законы. Уравнение состояния идеального газа.
|
4
|
Движение заряженной частицы в электрическом поле.
|
5
|
Свободные колебания в контуре.
|
6
|
Дифракционная решетка.
|
7
|
Внешний фотоэффект.
|
8
|
Эффект Комптона.
|
ХИМИЯ
№
п/п
|
Тема
|
1
|
Определение теплового эффекта химической реакции
|
2
|
Кинетика химических реакций
|
3
|
Ионные реакции в растворах. Определение pH
|
4
|
Коррозия металлов
|
7 Учебно-методическое обеспечение дисциплины
|
