.RU

Рабочая программа дисциплины экспериментальные методы физических исследований




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

Вид учебной работы

Всего часов

Семестр

Общая трудоемкость

120

7

Аудиторные занятия

54

7

Лекции (Л)

54

7

Практические занятия (ПЗ)

-




Семинары (С)

-




Лабораторные работы (ЛР)

-

-

Другие виды аудиторных занятий

-

-

Самостоятельная работа

66

7

Курсовой проект (работа)

-

-

Расчетно-графические работы

26

7

Реферат

40

7

Вид итогового контроля

-

Экзамен


^ 4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


4.1 Разделы дисциплины и виды занятий.




п/п

Раздел дисциплины

Л


ПЗ


1

Методы создания и контроля давлений в процессе эксперимента.

+

-

2

Методы создания и контроля температурных условий эксперимента.

+

-

3

Источники и детекторы электромагнитного излучения.

+

-

4

Методы экспериментальных исследований с использованием потоков электромагнитного излучения.

+

-

5

Источники и детекторы корпускулярного излучения.

+

-

6

Методы экспериментальных исследований с использованием корпускулярных потоков.

+

-


^ 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 . 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.



programma-x-yubilejnogo-vserossijskogo-nauchnogo-foruma-mat-i-ditya.html
programma-xi-regionalnoj-nauchno-prakticheskoj-konferencii-posvyashennoj-65-godovshine-pobedi-v-velikoj-otechestvennoj-vojne-blagoveshensk.html
programma-xi-vserossijskoj-nauchno-prakticheskoj-konferencii-molodih-uchenih-aspirantov-i-studentov-v-g-neryungri-posvyashennoj-75-letiyu-visshego-obrazovaniya-v-yakutii-i-35-letiyu-goroda-neryungri.html
programma-xii-mezhregionalnoj-konferencii-festivalya-yunost-bolshoj-volgi.html
programma-xiii-mezhdunarodnoj-ekologicheskoj-studencheskoj-konferencii-mesk-2008-ekologiya-rossii-i-sopredelnih-territorij.html
programma-xiii-mezhregionalnoj-konferencii-festivalya-nauchnogo-tvorchestva-uchashejsya-molodezhi.html
  • write.bystrickaya.ru/glava-6-14-irod-stern-d-kommentarij-k-evrejskomu-novomu-zavetu-per-s-angl.html
  • klass.bystrickaya.ru/badarlamasi-mektepteg-trbie-zhmisini-dstemes-men-tehnologiyasi.html
  • thesis.bystrickaya.ru/prilozhenie-10-prinyat-na-konferencii-rabotnikov.html
  • abstract.bystrickaya.ru/23-laboratornaya-rabota-10-po-zakonu-oma-padenie-napryazheniya-na-ravno.html
  • diploma.bystrickaya.ru/vliyanie-processov-globalizacii-na-mezhdunarodnuyu-bezopasnost.html
  • lesson.bystrickaya.ru/srednyaya-aziya-v-xvixix-vv.html
  • letter.bystrickaya.ru/nnaga-sadguru-shivajya-subramuniyasvami.html
  • lecture.bystrickaya.ru/7-literatura-ivse-zhe-pochemu-makintosh.html
  • studies.bystrickaya.ru/izuchenie-urovnya-trevozhnosti-u-pacientov-nahodyashihsya-na-stacionarnom-lechenii-v-pulmonologicheskom.html
  • writing.bystrickaya.ru/analiz-potrebitelej.html
  • predmet.bystrickaya.ru/religiya-i-demokratiya-chast-3.html
  • obrazovanie.bystrickaya.ru/proekt-programmi-vtornik-14-dekabrya-2010-g-den-pervij-00-30-registraciya-uchastnikov-seminara-30-10-00.html
  • notebook.bystrickaya.ru/kislorodnaya-nedostatochnost-programma-po-obshej-patologii-dlya-studentov-mediko-biologicheskih-fakultetov-s-ekzamenacionnimi.html
  • exchangerate.bystrickaya.ru/associacii-ekonomicheskogo-vzaimodejstviya-regionov-kak-effektivnaya-forma-realizacii-ih-ekonomicheskih-interesov.html
  • school.bystrickaya.ru/ifpetrova-lashkulenova-skenar-terapiya-v-reabilitacionno-vosstanovitelnom-centre.html
  • tetrad.bystrickaya.ru/vopros-24-zasedanie-centralnoj-konkursnoj-komissii-oao-dalnevostochnaya-generiruyushaya-kompaniya.html
  • school.bystrickaya.ru/krestyanskaya-vojna-pod-predvoditelstvom-emelyana-pugacheva.html
  • lektsiya.bystrickaya.ru/prikaz-ot-19-avgusta-1997-g-n-249-o-nomenklature-specialnostej-srednego-medicinskogo-i-farmacevticheskogo-personala-stranica-7.html
  • university.bystrickaya.ru/glava-13-sebestoimost-produkcii-i-pribil-predpriyatiya-sergeev-i-v-s32-ekonomika-predpriyatiya-ucheb-posobie-2-e-izd.html
  • spur.bystrickaya.ru/komandir-otdeleniya-voennoj-komandi-protivopozharnoj-zashiti-i-spasatelnih-rabot-pozharnogo-rascheta.html
  • kolledzh.bystrickaya.ru/49-hranenie-muzejnih-predmetov-iz-tkani-i-kozhi-i-muzejnih-kollekcij-a-takzhe-kulturnih-cennostejnahodyashihsya.html
  • college.bystrickaya.ru/26-sofista-stagiriya-k-grigoriyu-episkopu-pisma-svyatitel-grigorij-nisskij.html
  • abstract.bystrickaya.ru/33-plani-budushej-deyatelnosti-emitenta-119991-rossiya-moskva-bolshaya-polyanka-442-informaciya-soderzhashayasya.html
  • uchit.bystrickaya.ru/tematika-roditelskih-sobranij-na-20102011-uch-god-provereno-zamestitel-direktora-po-vr.html
  • otsenki.bystrickaya.ru/reshenie-zasedaniya-kafedri-protokol-1-30-avgusta-2013-g-annotirovannaya-programma-disciplini-modulya-b-v-istoriya-zarubezhnoj-literaturi.html
  • occupation.bystrickaya.ru/n-v-voroninoj-itogi-raboti-mbou-licej-6-za-2012-2013-uchebnij-god.html
  • paragraf.bystrickaya.ru/zaklyuchenie-bernd-shmitt-devid-rodzhers-karen-vrocos.html
  • paragraph.bystrickaya.ru/maksimilian-voloshin-nauchnaya-i-uchebnaya-rabota-na-kafedre-gidrobiologii-nauchnie-znaniya-dlya-celej-socialno-ekonomicheskogo.html
  • otsenki.bystrickaya.ru/sovet-direktorov-arhenergo-21-noyabrya-obsudit-vopros-ob-organizacii-zakupochnoj-deyatelnosti-obshestva-ia-infoline-sankt-peterburg-14112005.html
  • nauka.bystrickaya.ru/uchebnoe-posobie-po-liturgike-tekst-ne-otredaktirovan-posle-skanirovaniya-stranica-5.html
  • writing.bystrickaya.ru/konkurenciya-i-monopoliya.html
  • zanyatie.bystrickaya.ru/nalogovaya-sistema-rf-chast-7.html
  • zanyatie.bystrickaya.ru/programma-uchastiya.html
  • student.bystrickaya.ru/23-sootvetstvie-professionalnih-funkcij-i-trebovanij-k-professionalnoj-podgotovke-vipusknika.html
  • pisat.bystrickaya.ru/tablica-22-srednij-testovij-ball-uchastnikov-ege-v-2010-godu-prezentaciya-obrazovatelnih-uslug-i-rezultatov-deyatelnosti-shkoli.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.