Российский государственный университет
Скачать 127.13 Kb.
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА им. И.М.ГУБКИНА «УТВЕРЖДАЮ»Проректор по учебной работе_______________ В.Г. Мартынов «_____» _____________2001 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ Направление подготовки дипломированного специалиста 650600 Горное дело Специальность 070600.02 Физические процессы нефтегазового производства Москва 2001 г. 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ Цель изучения дисциплины - приобретение необходимых знаний для самостоятельного планирования экспериментальных исследований, связанных с решением научно-инженерных задач нефтяной и газовой промышленности. Задачи преподавания дисциплины:
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ После изучения дисциплины студент должен знать: - особенности планирования экспериментальных исследований; - основные физические методы анализа и их области применимости; - принципы действия и возможности современных приборов; - способы обработки и анализа экспериментальных результатов; При завершении изучения дисциплины студент должен уметь: - производить отбор экспериментальных методов, аппаратуры, методик измерений, наиболее адекватных для решения конкретных прикладных задач; - осуществлять анализ и интерпретацию результатов реальных научно-исследовательских работ в области нефтяной и газовой промышленности. 3. ОБЪЕМ ДИЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4.1 Разделы дисциплины и виды занятий.
4.2. Содержание разделов дисциплины Раздел 1. Методы создания и контроля давлений в процессе эксперимента. Низкие давления (элементы вакуумной техники). Понятие вакуума. Высокий вакуум, сверхвысокий вакуум. - длина свободного пробега молекул, количество соударений молекул с поверхностью. Особенности процессов переноса в газах, находящихся в состоянии вакуума. Аппаратура для создания вакуумных условий. Принцип действия, конструкция, предельно достижимые вакуумные условия для различных вакуумных насосов (ротационных, диффузионных, криогенных, турбомолекулярных). Способы измерения вакуумных условий. Конструкция, принцип действия и пределы измерения вакуумных манометров (жидкостных, диафрагменных, термопарных, ионизационных). Методы получения высоких давлений. Области использования механических прессов. Кумулятивный взрыв как способ достижения высоких давлений. Измерение высоких давлений. Диапазоны применимости жидкостных и диафрагменных манометров. Электрические манометры сопротивления - принцип действия, диапазоны измерений. Точность измерений в области высоких давлений. Раздел 2. Методы создания и контроля температурных условий эксперимента. Методы охлаждения до низких температур (элементы криогенной техники). Закономерности охлаждения газов при адиабатическом дросселировании с расширением (эффект Джоуля - Томпсона), достижимые минимальные температуры. Конструкция и принцип действия установок для сжижения газов. Принцип действия полупроводниковых холодильников (с использованием эффекта Пельтье), достижимые минимальные температуры и особенности конструкции холодильников. Методы нагрева до высоких температур. Сравнительные характеристики способов контактного и бесконтактного нагрева . Способы нагрева в вакууме (электронная бомбардировка, лазерное излучение). Нагрев проводящих объектов в высокочастотном электромагнитном поле. Температуры, достижимые с помощью различных методов нагрева. Состояние вещества при очень высоких температурах. Способы измерения температуры. Температурные шкалы. Реперные точки. Градуировка датчиков температуры. Разновидности контактных термометров – газовые и жидкостные термометры расширения, термопары, металлические и полупроводниковые термометры сопротивления. Принципы действия различных термометров, особенности их конструкции и области применения. Диапазоны измерения температуры контактными термометрами и достижимая точность измерений. Дистанционные методы измерения температуры (оптическая пирометрия). Принципы действия, области применения и особенности конструкций радиационного, яркостного и цветового пирометров. Диапазоны измерения температуры и достижимая точность измерений. Раздел 3. Источники и детекторы электромагнитного излучения. Основные характеристики источников излучения (монохроматичность, временная и пространственная когерентность. Источники СВЧ - диапазона. Отражательный клистрон, магнетрон - принцип действия, особенности конструкции, рабочие параметры, достижимые диапазоны частот излучения, области применения. Тепловые (накаливаемые) источники излучения. Закономерности излучения абсолютно черных тел . Температуры, обеспечивающие максимальную мощность излучения в ИК и в видимом диапазонах. Особенности излучения реальных нагретых тел. Материалы, используемые в излучателях для ИК и видимого диапазонов. Лампы накаливания, способы повышения их светоотдачи. Газоразрядные источники света. Условия возникновения и механизмы развития электрического разряда в газе. Основные типы газоразрядных источников и их спектральные характеристики. Полупроводниковые источники излучения (светодиоды), принцип действия, особенности спектра излучения. Условия осуществления режима люминесценции и режима когерентного излучения. Квантовый выход фотодиодов. Лазеры. Закономерности спонтанного и вынужденного излучения, условия создания инверсной заселенности. Типы резонаторов в лазере, условия резонанса, моды колебаний, распределение интенсивности в луче лазера для различных мод. Механизмы достижения инверсной заселенности в твердотельных и газовых лазерах. Особенности возбуждения атомов при соударениях 1-го и 2-го рода. Возбуждение газа при оптической накачке, молекулярной диссоциации, химических реакциях в газовой среде. Распространенные типы газовых лазеров (He-Ne, CO2) - механизмы возбуждения, рабочие переходы, частоты излучения и особенности конструкции. Детекторы электромагнитного излучения. Фотоэлектрические и фотоэмиссионные детекторы Вакуумный фотоэлемент - принцип действия, спектральная чувствительность, области применения. Фотоэлектронный умножитель - принцип действия, конструктивные особенности, схемы включения и регистрации сигналов, чувствительность. Фотоэлектронные умножители канального типа. Электронно-оптические преобразователи изображения. Полупроводниковые детекторы - фотосопротивление, фотодиод, лавинный фотодиод, фототранзистор ; связь их характеристик с особенностями зонной структуры в чистом полупроводнике и в области контакта полупроводников с электронной и дырочной проводимостями (p-n переход). Раздел 4. Методы экспериментальных исследований с использованием потоков электромагнитного излучения. Методы геометрической (лучевой) оптики. Элементы оптических систем. Преломление и отражение лучей на плоской и сферической поверхности. Призмы, плоские зеркала, собирающие и рассеивающие зеркала и линзы, их основные оптические параметры Приближение параксиальных лучей. Аберрации оптических систем. Сферическая аберрация, кома, астигматизм. Типы хроматических аберраций. Способы устранения аберрационных искажений. Ограничение пучков и теневые методы. Диафрагмы и их назначение - апертурные и виньетирующие диафрагмы. Способы получения спетлопольных и темнопольных изображений в оптических системах. Шлирен-метод (тепплеровский метод) получения изображений - применение к исследованию потоков жидкостей и газов. Голографические методы. Оптические схемы и аппаратура для голографических исследований. Однолучевая и двухлучевая голография, голография на встречных пучках - схемы записи и восстановления изображений. Основные требования к голографической аппаратуре - источникам излучения, голографическим стендам, материалам и устройствам для записи голограмм. Физические принципы формирования голограмм и восстановления изображений. Взаимодействие двух плоских волн - голографическая "диффракционнная решетка". Взаимодействие плоской и сферической волн - голографическая "зонная пластинка". Фазовые структуры на отбеленных голограммах. Структура и свойства голограмм от реальных протяженных объектов. Сравнение принципов получения и свойств голографического и фотографического изображений. Практические применения голографических методов. Определение размеров объектов по трехмерным изображениям. Изготовление голографических оптических элементов. Голографическая интерферометрия - измерение малых перемещений и деформаций. Голография фазовых (прозрачных) объектов. Голографические исследования в реальном времени. Раздел 5. Источники и детекторы корпускулярного излучения. Способы получения потоков заряженных частиц. Закономерности термоэлектронной эмиссии, механизмы газового разряда. Основные требования, предъявляемые к характеристикам электронных и ионных пучков. Принципы работы и особенности конструкции ионных источников. Способы обеспечения моноэнергетичности, определенности массового состава и коллимированности ионного пучка. Детекторы корпускулярных излучений. Коллекторные детекторы, цилиндр Фарадея. Вторичноэлектронный умножитель, умножитель канального типа - конструкция и принцип действия. Полупроводниковые детекторы заряженных частиц - принцип действия, чувствительность к энергии регистрируемых частиц. Раздел 6. Методы экспериментальных исследований с использованием корпускулярных потоков. Элементы систем корпускулярной (электронной) оптики. Движение заряженных частиц в постоянных электрическом и магнитном полях. Электронноптический показатель преломления, фокусировка траекторий частиц. Типы электрических линз и их характеристики (диафрагмы, одиночные и иммерсионные линзы). Основные типы одиночных магнитных линз. Принцип действия квадрупольных линз. Электронные и ионные оптические микроскопы. Просвечивающие ЭОМ - оптические схемы, особенности конструкции, увеличение и разрешение. Механизмы возникновения дефектов изображения. Отражательные и эмиссионные ЭОМ – особенности конструкции и области применения. Ионный и автоэлектронный (полевой электронный) проекторы – конструкция, принцип действия, области применения. Потенциальный барьер на границе металла в присутствии сильного электрического поля, вероятность туннелирования электронов, резонансная ионизация. Сканирующие электронные и ионные системы. Растровые (сканирующие) микроскопы - электронный (РЭМ, СЭМ) и ионный (РИМ, СИМ). Электронно-оптическая схема, конструкция и режимы работы. Факторы, определяющие увеличение, разрешающую способность и глубину резкости. Вторичные эффекты, возникающие при взаимодействии ускоренных электронов и ионов с веществом. Особенности работы РЭМ и РИМ в режимах регистрации различных вторичных частиц. Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). Закономерности вакуумного туннелирования между атомами зонда и поверхности твердого тела. Особенности сканирования в режимах постоянного тока и постоянной высоты зонда. Области применения и аналитические возможности СТМ. Особенности изображения атомов с различной химической активностью. Методы корпускулярной (ионной) спектроскопии. Анализаторы энергий (скоростей) заряженных частиц. Методы масс-анализа ионных потоков. Способы исследования энергетических и масс-спектров потоков нейтральных атомов. Основные особенности атомных соударений в твердых телах. Энергии рассеянных частиц и атомов отдачи. Неупругие процессы и изменения зарядового состояния при межатомных соударениях. Методы спектроскопии ионного рассеяния (ИРС) - используемая аппаратура, регистрируемые параметры. Чувствительность ИРС к элементному и молекулярному составу, к особенностям кристаллической структуры поверхности твердого тела. Методы спектроскопии вторичной ионной эмиссии (ВЭЭ) Основные характеристики эффекта распыления твердых тел ионными пучками. Энергетические и масс-спектры вторичных ионов. Возможности применения ВИЭ для химического анализа твердых тел 5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ, ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ. 5.1. Лабораторный практикум Лабораторный практикум не предусмотрен. 5.2. Практические занятия Практические занятия не предусмотрены. 6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 6.1. Рекомендуемая литература а) основная литература 1. Мазанько И.П., Швец Ю.И. Принципы преобразования и детектирования оптических сигналов М.: : Изд. МФТИ, 2001, 144 стр. 2. Князев Б.А., Черкасский В.С. Начала обработки экспериментальных данных: Учебное пособие. Новосиб. ун-т.- Новосибирск, 1996.- 95 с. 3. Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений (пер. с англ.). М.: Мир, 1990. 4. Сенченков А.П. Техника физического эксперимента.- М.: Энергоатомиздат, 1983.- 238 с. 5. Кунце Х.-И. Методы физических измерений. Пер. с нем.М.: Мир, 1989.- 216 с. 6. Розанов Л.Н. Вакуумная техника. М., 1982 7. Привалов В.Е. Газоразрядные лазеры в измерительных комплексах.- 2-е изд. Л.: Судостроение, 1989.- 264 с. 8. Источники и приемники излучения (Учебное пособие для Вузов). СПб: "Политехника", 1991, - 240с 9. Виглеб Г. Датчики. Устройство и применение. М.: Мир, 1989. 10. Справочник <Методы получения и измерения низких и сверхнизких температур>. Киев, Наукова думка, 1987. 11. Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы исследования поверхностей. М.: Мир, 1989, -564с. б) дополнительная литература: 1. Магунов А.Н. Лазерная термометрия твердых тел М. ФИЗМАТЛИТ, 2001. 224 с. 2. И. М. Нагибина, В. А. Москалев, Н. А. Полушкина, В. Л. Рудин Прикладная физическая оптика М.: Высшая школа, 2002., 568 стр. 1. Вилков Л.В., Пентин Ю.А..Физические методы исследования в химии. Структурные методы и оптическая спектроскопия: Учебник. М.: Высш. шк., 1987. 366 с. 6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины. 1) Расчетные компьютерные программы по методам обработки измерений. 2) Видеоматериалы для компьютерной проекции . 7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 1) научно-исследовательская лаборатория, обеспеченная современным оборудованием (калориметрия, оптическая спектроскопия, корреляционное рассеяние, ядерный магнитный резонанс и т.п.) ; 2) компьютерный класс с программным обеспечением для обработки результатов и средствами дистанционного обучения на базе локальных сетей; 3) доступ в систему Интернет, предоставляющий свободное ознакомление с научными публикациями и отчетами по научно-исследовательской деятельности. 4) специализированная учебная аудитория со средствами компьютерной проекции. Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования подготовки дипломированных специалистов по направлению 650600 “Горное дело” специальности 070600.02 “Физические процессы нефтегазового производства”. Программу подготовил: Евдокимов И.Н., доктор физ.-мат. наук, профессор кафедры физики Программа одобрена на заседании Учебно-методической комиссии факультета Разработки нефтяных и газовых месторождений. Председатель методической комиссии факультета РНиГМ, профессор Левицкий А.З. Начальник УМУ, профессор Шейнбаум В.С. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Санкт-Петербургский государственный морской технический университет... Рецензия на книгу: С. А. Остроумов "Биотический механизм самоочищения пресных и морских вод: элементы теории и приложения" (Москва,... |  | Российский государственный торгово-экономический университет (гоу впо ргтэу) Подраздел н 74 5 Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Красноярский государственный медицинский... |
| Теоретические основы комплексной технологии окончательной влажно-тепловой... «Орловский государственный технический университет» (Орелгту) и Государственном образовательном учреждении высшего профессионального... | | Российский художественный музей в современном социокультурном пространстве:... Работа выполнена на кафедре истории и теории культуры Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего... |
| Российский государственный гуманитарный университет От составителей | | Фгаоу впо «Российский государственный профессионально-педагогический университет» |
| Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма | | Отчет о результатах самообследования «Российский государственный профессионально-педагогический университет» в г. Березовском |
| П р о г р а м м а по курсу Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | | Исследования и пути совершенствования вращательно-подающих систем... Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) |
| Биосфера и её структура Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | | I. Общие сведения Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) |
| Некоммерческая организация Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма | | Российский государственный университет Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Леонардо да Винчи Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | | Положение по интеллектуальной собственности Предметом деятельности федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования... |
