Лектор

доцент Благонравов Лев Александрович

Специальности:   01.04.17,    01.04.01

Аннотация курса

В специальном курсе «Экспериментальное изучение теплофизических свойств жидкостей вблизи границ фазовой устойчивости» излагаются современные методы исследования таких теплофизических свойств веществ, как плотность на линии насыщения, теплоемкость, давление насыщенных паров, электропроводность, теплопроводность, температуропроводность, адиабатический термический коэффициент давления (АТКД). Большое внимание в курсе уделено модуляционным методам.  Анализируются различные публикации по данной теме, включая как недавние, так и классические работы: О.М.Корбино, И.К. Кикоина, А.П.Сенченкова, Ф.Хензела, Л.П.Филиппова, Я.А.Крафтмахера.

Содержание курса

Измерение плотности жидкости на линии насыщения (ортобарическая плотность). Изучение уравнения состояния жидких металлов во всей области существования жидкой фазы. Работы И.К.Кикоина, А.П.Сенченкова, Ф. Хензела, В.Ф. Кожевникова.

Измерение теплоемкости методами адиабатической калориметрии. Работы Амирханова, Воронеля

Методы регулярного теплового режима. Основы теории регулярных режимов 1-го, 2-го и 3-го рода. Учет нарушения адиабатических условий.

Модуляционные методы. Работы Л.П.Филиппова, Я.А.Крафтмахера. Измерение теплоемкости в широком интервале состояний, включая критическую область. Поведение теплоемкости в сверхкритической области.

Методы измерения термодинамических параметров веществ с использованием упруготермического эффекта. Измерение адиабатического термического коэффициента давления. Измерение коэффициента теплового расширения с применением двойной модуляции.

Измерение электропроводности жидких металлов. Закон Видемана-Франца. Измерение температуропроводности методом периодического нагрева.

Переход металл-неметалл в жидких проводниках (щелочные металлы, ртуть.).

Измерение температуропроводности, теплопроводности жидкостей.  Импульсные методы измерения температуропроводности и теплопроводности. (Импульсный нагрев лазерным лучом.

Измерение теплоемкости и плотности тугоплавких материалов методом взрывающихся образцов. Работы Лебедева, А.И.Савватимского.

Измерение вязкости жидкостей. Метод ведёрка Швидковского. Вибрационный метод измерения вязкости. Аномальное поведение вязкости вблизи температуры плавления (медь, кадмий).

Экспериментальные методы изучения давления насыщенных паров.

Особенности экспериментального изучения теплофизических свойств проводящих и диэлектрических объектов.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Филиппов Л.П. Измерение теплофизических свойств твердых и жидких металлов при высоких температурах. Изд-во Московского университета. 1967. 325с.
  2. Походун А.И., Шарков А.В. Экспериментальные методы исследования. Измерение теплофизических величин. Учебное пособие. Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики, оптики. 2006.
  3. Филиппов Л.П. Измерение теплофизических свойств веществ методом периодического нагрева. Москва. Энергоатомиздат. 1984г.
  4. В.А. Осипова. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. Москва. «Энергия». 1979. 320 с.
  5. Кондратьев Г.М. Регулярный тепловой режим. М. Гостехиздат. 1954.
  6. Кравчун С.Н., Липаев А.А. Методы периодического нагрева в экспериментальной теплофизике. Казань. Изд-во Казанского университета.2006
  1. Название дисциплины Оптические спектральные методы исследования анизотропных жидкостей и биологических растворов, ч.1
  2. Лекторы. Петрова Г.П., Сергеева И.А., Федорова К.В.
  3. Список основных тем, изучаемых в рамках дисциплины:
  1. Типы макромолекул (полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты).
  2. Биополимеры. Структура белковых макромолекул. Свойства белковых макромолекул в растворах.
  3. Растворимость (водородная связь, дипольный момент, диэлектрическая проницаемость, взаимодействие между ионами, ионами и диполями).
  4. Влияния рН на белки. Изоэлектрическая и изоинонная точки. Молекулярный вес.
  5. Исследование растворов заряженных макромолекул (диполь-дипольное взаимодействие. теория Скэтчарда)
  6. Рассеяние света в растворах макромолекул.
  7. Рассеяние света в растворах взаимодействующих молекул.
  8. Анизотропия рассеяния. Рассеяние на флуктуациях ориентации молекул среды. Коэффициент деполяризации. Фактор Кабанна.
  9. Использование метода Рэлея-Дебая для определения параметров белков в растворах.
  10. Спектральный состав рассеянного излучения.
  11. Экспериментальные результаты определения массы и второго вириального коэффициента белковых макромолекул в водных растворах.
  12. Рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.
  13. Крыло рэлеевской линии (КРЛ) .
  14. Комбинационное рассеяние (КР).
  1. Основная литература
  1. Петрова Г.П.. Оптические спектральные методы исследования жидкостей и растворов ч.1 и 2. 2009.
  2. Флайгер У. Строение и динамика молекул т.1 и 2. Изд. «Мир». Москва.
  3. Фабелинский И.Л. Молекулярное рассеяние света. Изд. «Наука». Москва. 1965.
  4. Цветков В.Н., Эскин В.Е., Френкель С.Я. Структура макромолекул в растворах. Изд. «Наука». 1964.
  5. Левшин Л.В., Салецкий А.М. Оптические методы исследования молекулярных систем. Изд-во МГУ. 1994.

Лектор

к.ф.-м.н,  с.н.с. Винниченко Николай Аркадьевич

Код курса:  

Аннотация курса

В курсе изложены инженерные методы расчета потоков тепла и массы в системах, включающих конвективный и радиационный энергообмен, а также фазовые переходы в объеме и на твердой поверхности. Также рассмотрена кинетика реакций горения и ее влияние на газодинамические течения.  

Статус: по выбору
Аудитория: специальный
Специализация: Физика молекулярных процессов и экстремальных состояний вещества
Семестр: 3
Трудоёмкость: 1 з.е.
Лекций: 36 часов
Семинаров:  
Практ. занятий:  
Отчётность: экзамен
Начальные
компетенции:
М-ПК-1, М-ПК-6
Приобретаемые
компетенции:
М-ПК-2, М-ПК-3
Приобретаемые знания и умения В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь решать задачи, связанные с расчетом потоков тепла и массы в течениях со стационарным и нестационарным энергообменом с использованием известных эмпирических формул.
Образовательные технологии Курс имеет электронную версию для презентации. Лекции читаются с использованием современных мультимедийных возможностей и проекционного оборудования.
Логическая и содержательно-методическая взаимосвязь с другими частями ООП Курс читается в логической взаимосвязи со специальными дисциплинами: «Основы физической гидродинамики», «Фазовые переходы и межфазная гидродинамика», «Конвекция в неравновесных средах». При решении задач рекомендуется использовать систему компьютерной алгебры Maple, рассматривавшуюся в курсе «Компьютерные методы для решения физических задач.
Дисциплины и практики, для которых освоение данного курса необходимо как предшествующего Курс «Физическая кинетика и энергообмен, часть 2», научно-исследовательская практика, научно-исследовательская работа.
Основные учебные пособия, обеспечивающие курс 1. Y.A. Çengel Heat transfer: a practical approach, McGraw-Hill, 2003 (2nd ed.). 
2. M.H.P. Ambaum Thermal physics of the atmosphere, Wiley-Blackwell, 2010.
3. Я.Б. Зельдович, Г.И. Баренблатт, В.Б. Либрович, Г.М. Махвиладзе Математическая теория горения и взрыва, Наука, 1980.
Основные учебно-методические работы, обеспечивающие курс 1. F.P. Incropera, D.P. DeWitt, T.L. Bergman, A.S. Lavine Fundamentals of heat and mass transfer, Wiley, 2006 (6th ed.).
2. W.M. Kays, M.E. Crawford Convective heat and mass transfer, McGraw-Hill, 1993 (3rd ed.).
3. Х. Уонг Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров, Атомиздат, 1979.
4. Г.И. Баренблатт Подобие, автомодельность, промежуточная асимптотика, Гидрометеоиздат, 1978.
5. С.С. Кутателадзе Теплопередача при конденсации и кипении, МашГИЗ, 1952. 
6. Ю. Варнатц, У. Маас, Р. Диббл Горение, ФизМатЛит, 2003.
Основные научные статьи, обеспечивающие курс 1. L. Zori, F. Kelecy “Wet steam flow modeling in a general CFD flow solver” // AIAA-paper 2005-5276.
Программное обеспечение и ресурсы в интернете  
Контроль успеваемости Промежуточная аттестация на 9 неделе курса. Критерии формирования оценки – уровень знаний пройденной части курса.
Текущая аттестация проводится раз в две недели. Критерии формирования оценки – посещаемость занятий, выполнение домашних заданий.
Фонды оценочных средств Контрольные вопросы для текущей аттестации на занятиях; домашние задания; задачи экзамена

Структура и содержание дисциплины

Раздел неделя
Механизмы теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение. Коэффициент теплопередачи и тепловое сопротивление. Расчет стационарного теплообмена с помощью схем тепловых сопротивлений. 1
Безразмерные критерии подобия в гидродинамике. П-теорема. 2
Конвективный теплообмен в ламинарном пограничном слое у плоской нагретой пластины: автомодельное решение. 3
Аналогия переноса импульса, тепла и массы. 4
Естественная конвекция: автомодельное решение для вертикальной нагретой пластины и эмпирические корреляции для различных вариантов геометрии течения. 5
Решение нестационарного уравнения теплопроводности. Концепция эффективной теплопроводности для упрощенного расчета конвективного переноса тепла.  
6
Течения, включающие зону проникающей конвекции: поглощение солнечного излучения в водоеме, объемное энерговыделение в газодинамическом лазере, двумерное описание остывания горячей жидкости при наличии испарения. 7
Кипение. Пузырьковый и пленочный режимы. Критические тепловые потоки. 8, 9
Конденсация на вертикальной пластине. Аналитическое решение для ламинарного течения пленки, эмпирические корреляции для переходного и турбулентного режимов. 10
Термодинамика и кинетика объемной конденсации. Влияние кривизны поверхности, заряда капли и растворенных веществ на зародышеобразование. 11, 12
Диффузионный рост капель в атмосфере при небольшом пересыщении. Модель объемной конденсации пара в турбине при большом пересыщении.  13
Тепловые трубки. 14
Скорость химических реакций. Цепные реакции. Пределы самовоспламенения. 15
Распространение пламени в предварительно перемешанной смеси. 16
Диффузионные пламена. 17
Устойчивость волн горения. Переход к детонации. 18

Лектор

к.ф.-м.н., ст.н.с. Ильина Светлана Гарриевна

Код курса:

Статус:           По выбору

Аудитория:    специальный

Специализация: Физика
        молекулярных процессов

Семестр:            2

Трудоёмкость:   2 з.е.

Лекций:           36 часов

Практ. занятий:  0 часа

Отчётность:        экзамен

Начальные            М-ПК-1,
компетенции:       М-ПК-6
 

Приобретаемые     М-ПК-2,
компетенции:        М-ПК-3

Аннотация курса

Целью курса «Фазовые переходы» является изучение изменений физических свойств и микроструктуры сред при фазовых превращениях. Курс включает в себя термодинамическую теорию и основы статистической теории фазовых переходов. Акцентируется внимание на значении флуктуационных процессов, имеющих место в критической области.

Приобретаемые знания и умения

В результате освоения дисциплины обучающийся должен восстановить и дополнить общую картину физической теории, касающейся описания жидкого состояния вещества.

Образовательные технологии

Курс имеет электронную версию для презентации. Лекции читаются с использованием современных мультимедийных возможностей и проекционного оборудования.

Логическая и содержательно-методическая взаимосвязь с другими частями ООП

Курс читается в логической взаимосвязи со специальными дисциплинами: «Физика жидкостей», «Электрические свойства жидкостей», «Квантовая химии и теория строения молекул».

Дисциплины и практики, для которых освоение данного курса необходимо как предшествующего

Научно-исследовательская практика, научно-исследовательская работа, курсовая работа.

Основные учебные пособия, обеспечивающие курс

1.Г.Стенли Фазовые переходы и критические явления. М.: Мир.1973.

2. Ш.Ма Современная теория критических явлений. М.: Мир. 1980.

3. Анисимов М.А. Критические явления в жидкостях и жидких кристаллах. М., Наука. 1987.  

4. А.З. Паташинский, В.Л. Покровский.   Флуктуационная теория фазовых переходов. М.: Наука 1982.

5. Р. Балеску. Равновесная и неравновесная статистическая механика. Том 1. М.: Мир. 1978.

 

Основные учебно-методические работы, обеспечивающие курс

  1. Благонравов Л.А. Явления переноса в простых жидкостях. Ф. физ.ф-т МГУ. 2008.
  2. Веденов А.А. Физика растворов. М.:Наука.1984.
  3. Мартынов Г.А. Классическая статистическая механика. Теория жидкостей. Долгопрудный. Интеллект, 2011.
  4. Смирнова Н.А. Молекулярная теория растворов. Л.Химия, 1987.

Основные научные статьи, обеспечивающие курс

1. О. О. Карчевский, А. В. Соболева, Л. А. Благонравов, Д. А. Васильев. Измерение коэффициента теплового расширения жидких металлов методом двойной модуляции с усовершенствованной системой компенсации температурного отклика// Теплофизика высоких температур. 2011. Т. 49. № 2. С, 314 -317.

2.Ильина С.Г., Третьякова И.В., Петрова В.А. Свойства адсорбционного слоя в бинарной жидкой смеси вблизи критической точки.// Вестник Моск. Ун-та, сер.3. физ.астрон, 2010, №2, с.56.

 

Программное обеспечение и ресурсы в интернете

molphys.phys.msu.ru

Контроль успеваемости

Промежуточная аттестация проводится на 6 и 14 неделе в форме контрольных работ с оценкой. Критерии формирования оценки – уровень знаний пройденной части курса.

Текущая аттестация проводится раз в две недели. Критерии формирования оценки – посещаемость занятий, активность студентов на лекциях.

Фонды оценочных средств

Контрольные вопросы для текущей аттестации на семинарах; вопросы и задачи для контрольных работ; вопросы к экзамену; тесты и компьютерные тестирующие программы; темы докладов и рефератов.

Структура и содержание дисциплины

Раздел

Неделя

1. 2 часа. Примеры фазовых переходов (ФП) второго рода, аномалии в критической точке (экспериментальные данные). Газ Ван-дер-Ваальса. Кривая сосуществования. Магнитный ФП. Точка Кюри

1

2 часа.Термодинамика ФП. Условия равновесия фаз. Термодинамическая устойчивость однофазного состояния вещества. Фазовый переход 2-го рода Фазовые диаграммы. Уравнение Клайперона-Клаузиуса. Теория Эренфеста

2

2 часа. Метод среднего поля в теории равновесных ФП. Трудности микроскопической теории ФП Уравнение Ван-дер-Ваальса и критическая точка пар-жидкость. Магнитные ФП. Теория Кюри-Вейсса. Критические индексы. Корреляционная функция вблизи критической точки. Теория Орнштейна-Цернике.

3

2 часа. Модель Изинга. Статсумма одномерной цепочки. Флуктуационно-диссипативное соотношение. Магнитная восприимчивость, теплоемкость и энтропия. Решеточный газ.

4

2 часа. Скейлинговая теория ФП. Метод среднего поля. Теория Ландау. Гамильтониан Гинзбурга-Ландау-Вильсона. Гипотеза скейлинга

 

5

2 часа. Флуктуационные эффекты вблизи точек ФП 2-го рода. Энергия Ландау-Гинзбурга. Критическая часть термодинамического потенциала. Длинноволновые флуктуации. Измеряемые физические величины. Связь термодинамических производных с корреляционными функциями.

6

2 часа. Критические флуктуации и ренормализационная группа. Метод ренормгруппы. Фиксированные точки и универсальность. Вычисление критических индексов.

7

2 часа.   Поверхности и границы раздела. Методы термодинамического описания поверхности. Межфазные поверхности вблизи критических точек. Межфазное натяжение. Уравнение Эйлера и профиль плотности. Простые оценки. Флуктуационные эффекты. Критическое поведение полубесконечных систем.

     

8

2 часа. Кинетика фазовых переходов. Метастабильные фазовые состояния. Гетерофазные флуктуации. Теория Фольмера-Вебера-Френкеля. Теория Беккера-Деринга-Зельдовича. Кинетика роста новой ффазы. Теория Лифшица-Слезова. Нестационарное и гетерогенное зарождение. Релаксация параметра порядка вблизи точки ФП 2-го рода.

9

2 часа. Динамические явления в критической области. Колебательные и релаксационные моды. Метод рассеяния света. Формула Ландау-Плачека. Структура несмещенной компоненты Рэлея.

10