Лектор: д.ф.-м.н., профессор Знаменская Ирина Александровна

кафедра молекулярных процессов и экстремальных состояний вещества
физического факультета МГУ

Код курса:

Аннотация курса

Владение экспериментальными методами физических исследований - необходимая компонента физического образования. В лекционном курсе излагаются основные физические величины, принципы и методы их измерений, типы измерений, виды приемников и источников излучения, используемого в экспериментальной физике.  В рамках курса студенты получают представление о перспективах и проблемах, ограничениях использования различных физических методов для анализа физических, механических, биологических явлений и процессов.

Статус:

обязательный

Аудитория:

специальный

Специализация:

Молекулярная физика

Семестр:

9

Трудоёмкость:

2 з.е.

Лекций:

16 часов

Семинаров:

16 часов

Практ. занятий:

2 часа

Отчётность:

экзамен

Начальные
компетенции:

Приобретаемые
компетенции:

Приобретаемые знания и умения

В результате освоения дисциплины обучающийся должен получить представление об основных методах измерения газодинамических величин.

Образовательные технологии

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

Логическая и содержательно-методическая взаимосвязь с другими частями ООП

Курс логически и содержательно-методически связан с курсами: "Механика сплошных сред", "Физическая газодинамика", "Физика газового разряда", "Физические основы методов исследования потоков".

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

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

Основные учебные пособия, обеспечивающие курс

1.  М. И. Пергамент. Методы исследований в экспериментальной физике. 2010. 600с. М. Интеллект.

2.       Походун А.И., Шарков А.В. Экспериментальные методы исследований. Измерения теплофизических величин: Учебное пособие СПб.: СПбГУ ИТМО, 2006. - 87 с.

3.      Знаменская И. А., Гвоздева Л.Г., Знаменский Н.В. Методы визуализации в механике газа. Учебное пособие. М. 2001. 

Основные учебно-методические работы, обеспечивающие курс

Специальный практикум по молекулярной физике. Под. ред. Н.Н. Сысоева и А.И. Осипова. КНУ. 2007.

Основные научные статьи, обеспечивающие курс

Знаменская И.А. Методы визуализации газодинамических потоков и ударных волн с использованием оптического излучения среды. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Под редакцией В.М.   Фортова. 2007. Серия Б Том V-1. Глава 6. С. 639-648

Программное обеспечение и ресурсы в интернете

Контроль успеваемости

Промежуточная аттестация проводится на 7 неделе в форме контрольной с оценкой. Критерии формирования оценки - уровень знаний пройденной части курса.

Текущая аттестация проводится еженедельно. 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 и коллоквиумов; вопросов к зачётам и экзаменам; темы докладов и рефератов.

Структура и содержание дисциплины

Раздел

Неделя

Понятие экспериментального метода. Прямые и косвенные измерения. Динамическое измерение. Контактные и бесконтактные методы измерений.

1

Системы измерений. Определения основных единиц измерения в системе СИ. Возникновение погрешностей измерений Лабораторный, натурный, вычислительный эксперимент. Физическое моделирование. Лабораторное моделирование физических процессов. Масштабирование физических процессов и явлений. π-теорема - основополагающая теорема анализа размерностей.

2

Физическое подобие. Критерии подобия: механического движения, конвективных процессов, процессов теплопередачи между жидкостью (газом) и обтекаемым телом, учитывающие силы гравитации нестационарных движений жидкостей или газов. Принцип обратимости движения. Автомодельное течение.

3

Средства измерений. Методы контроля давлений в процессе эксперимента. Единицы измерения давления Методы и приборы измерения высоких давлений. Высокий вакуум, сверхвысокий вакуум. Особенности процессов переноса в газах, находящихся в состоянии вакуума.  Принцип действия, предельно достижимые вакуумные условия для различных вакуумных насосов (ротационных, диффузионных, сорбционных). Газодинамические основы процесса откачки. Измерение вакуума. Манометры, вакуумметры, мановакуумметры. Пределы измерения.

4

Методы контроля температурных условий эксперимента. Измерения температуры контактными методами. Температурные шкалы. Реперные точки. Принципы действия различных термометров. Измерения температуры контактными термометрами. Измерение температуры бесконтактными методами.  Экспериментальные методы исследования динамических процессов. Синхронизация быстропротекающих процессов.

5

Разрешающая способность оптических приборов. Критерий Рэлея. Мира. Характеристическая кривая светочувствительного материала. Фотохронографический режим регистрации динамических процессов. Примеры регистрации процессов. Скоростные методы оптико-механической регистрации: фоторегистраторы и кадровые камеры.

6

Приемники ЭМ излучения: Обобщенный квантовый выход. Электронно-оптические преобразователи, устройство, аппаратная функция и коэффициент передачи. Фотоэлектронный умножитель - принцип действия, конструктивные особенности. ПЗС- матрицы и ПЗС-камеры: устройство и возможности. Микроканальные электронные умножители.

7

Источники и детекторы электромагнитного излучения. Диапазоны электромагнитного излучения как инструмента экспериментальных исследований.  Основные характеристики источников.

8

Лазер как инструмент экспериментальных исследований. Лазеры на красителях, газовые лазеры, газодинамические, эксимерные, твердотельные, полупроводниковые, химические, лазеры на свободных электронах.

9-10

Синхротронное излучение. Источники синхротронного излучения. Ускорители.

11

Виды спектроскопии. Спектральные приборы. Источники  спектров. Методы спектрального разложения.

13

Электронные, оптические микроскопы. Сканирующие электронные системы. Растровые  микроскопы. Факторы, определяющие увеличение, разрешающую способность и глубину резкости. Сканирующий туннельный микроскоп. Рентгеновский микроскоп.

14-15

Планирование эксперимента. Ведение лабораторного журнала. Анализ и интерпретация наблюдений. Понятие модели, выбор модели. Первичная обработка экспериментальных данных. Решение обратных задач методом подбора. Примеры.

16