Лектор

К.ф.-м.н., ст. преп., Сергеева Ирина Александровна, кафедра молекулярных процессов и экстремальных состояний вещества физического факультета МГУ, sergeeva@physics.msu.ru, 8(495)9391088.

 Аннотация дисциплины.

В данном курсе содержатся основы теории равновесного излучения. Изучаются оптические характеристики излучающих поверхностей и веществ (газов, нагретых тел, жидкостей и твердых поверхностей). Рассматриваются различные формы закона Кирхгофа для равновесного излучения, приведены современные модели черного тела. Приводятся классические работы Лебедева по доказательству существования давления света. Рассматривается закон смещения Вина и использование этого закона для оценки температуры нагретых тел, адиабатические инварианты (Голицына) в черном излучении. Рассматриваются статические методы в теории теплового излучения: формула Вина, Релея-Джинса, Планка, а также тепловое излучение реальных тел и явления переноса (тепловая радиация реальных поверхностей, тепловое излучение в пространстве между телами с различной температурой). Подробно излагаются методы оптической пирометрии (яркостная, цветовая, радиационная), которые имеют прикладное значение для студентов кафедры (работа с тепловизором), а также перенос энергии излуением и радиационный теплообмен.

Цели освоения дисциплины.

Освоение данной дисциплины подробно знакомит студентов с историей развития теории теплового излучения, основными законами равновесного излучения, статистическими методами в теории теплового излучения, излучением реальных тел, явлениями переноса. Основные понятия курса важны для квантовой физики и квантовой электродинамики.

Задачи дисциплины.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать основные законы равновесного изучения (различные формы законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, закон смещения Вина), статистические методы в теории теплового излучения (формулы Вина, Релея-Джинса, Планка). Изучить свойства излучения высокотемпературных газов (квантовые законы поглощения и испускания в атомах и молекулах, коэффициент поглощения в газах, вероятность спонтанных и вынужденных переходов и т.д.), а также тепловое излучение реальных тел и методы оптической пирометрии.

 Компетенции.

       Компетенции, необходимые для освоения дисциплины  - ПК-1; ОНК-5; ОНК-6

       Компетенции, формируемые в результате освоения дисциплины  -  ПК-2

Требования к результатам освоения содержания дисциплины

В результате освоения дисциплины студент должен

знать   основные законы термодинамики и статистической физики;

уметь    применять полученные знания для решения прикладных задач;

владеть необходимым математическим аппаратом;

иметь опыт деятельности

 Содержание и структура дисциплины.

 Место дисциплины в структуре ООП ВПО

Обязательная дисциплина.

Вариативная часть, блок В-ПД, дисциплина профиля, ПК-2.

Знания профильного курса необходимы для работы на современном экспериментальном оборудовании кафедры молекулярной физики, используемом для научно-исследовательской работы и в межкафедральном практикуме.

• Необходимы знания термодинамики и статистической физики, молекулярной физики, математического анализа, дифференциальных уравнений.
• Приобретенные знания необходимы для правильной интерпретации полученных экспериментальных данных и постановке новых научных задач.

 Образовательные технологии

• включение студентов в проектную деятельность,
• психологические и иные тренинги,
• дискуссии,
• применение компьютерных симуляторов

Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации

Пример домашнего задания:

1. Рассчитать величину светового давления, испытываемого земной поверхностью, которая рассматривается как совершенно поглощающая и расположенная перпендикулярно солнечным лучам.
2. Лазерный луч с λ~0,5 мкм, мощностью 1 Вт фокусируется в пятно с r≈λ. На зеркальную частицу, помещенную в это пятно, будет действовать сила f≈10^-3 дин. При плотности частиц, равной 1 г/см³, m=10^{-12 г рассчитать ускорение частицы относительно ускорения свободного падения.}
3. Определить температуру верхних слоев солнечной атмосферы, если максимум энергии излучения в спектре Солнца соответствует 5500 Å.
4. Оценить величину σ_ν в газах для соответствующих переходов: связанно-связанных и связанно-свободных.

 Примеры контрольных вопросов:

1. Дайте определение спекральной интенсивности поля излучения (в каком объеме может распространяться).
2. Дайте определение оптических характеристик вещества (коэффициенты поглощения, излучения и рассеяния, индикатрисы рассеяния).
3. Определите разницу между поглощательной способностью поверхности и коэффициентом поглощения вещества (в каких единицах измеряются).
4. Сформулируйте закон Кирхгофа для равновесного излучения и его основные формы.
5. Приведите примеры различных моделей черного тела (области применимости).

Примеры тем рефератов:

1. Давление света. Давление лазерного излучения.
2. Решающий эксперимент в физике – доказательство существования давления света. Опыт Лебедева.
3. Термография. Тепловизоры.
4. Гипотеза происхождения реликтового излучения. Гипотеза большого взрыва.

 Учебно-методическое обеспечение дисциплины

Основная литература:

1. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М. Наука.1970.
2. Планк М. Теория теплового излучения. Л. М. ОНТИ ГРОТЛ. 1935.
3. Гарбуни М. Физика оптических явлений. М. Энергия. 1967.
4. Бурдаков В.П. и др. Термодинамика. В 2-х ч. М.: Дрофа. 2009.
5. Квасников И.А. Термодинамика и статистическая физика. Учебное пособие. В 2-х ч. М. Едиториал УРСС, 2002.
6. Голицын Б.Б. Избр. тр. Т.I. М.: изд-во АН СССР. 1960.
7. Эшкин А. Даление лазерного излучения. УФН. 1973. т.II0, вып. I.
8. Ахманов С. А., Никитин С. Ю. Физическая оптика. Изд-во МГУ. Наука. 2004.
9. Магунов А.Н. Спектральная пирометрия. М. Физматлит. 2012.
10. Мирошниченко В.И. Методы и средства оптической пирометрии. М. Изд-во МЭИ. 2004.
11. Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия. М. Физ.мат. гиз. 1962.
12. Гордов А.Н. Основы пирометрии. М. Металлургия. 1971.
13. Адрианов В.Н. Основы радиационного и сложного теплообмена. М. Энергия, 1972. 30. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука. 1966.
14. Филиппов Л.П. Исследование теплопроводности жидкостей. М.: Изд-во МГУ. 1970.
15. Аллен Л., Джонс Д. Современные проблемы физики. Основы физики газовых лазеров. Наука. 1970.

Дополнительная литература:

1. Ллойд Дж. Системы тепловидения. М. Мир. 1978.
2. Госсорг Ж. Инфракрасная термография. М. Мир. 1988.
3. Богомолов П.А., Сидоров В.И., Усольцев И.Ф. Приемные устройства ИК-систем.-М. Радио и связь. 1987.
4. Красильников Н.Н. Теория передачи и восприятия изображений. М. Радио и Связь. 1986.
5. Логвиненко А.Д. Чувственные основы восприятия пространства. М. МГУ. 1985.
6. Abraham Pais. “SUBTLE is the LORD. The science and the life of Albert Einstein”. OxfordUnivercityPress. 1982.

Интернет-ресурсы:

1. Материалы курса доступны на сайте кафедры молекулярной физики http://molphys.phys.msu.ru в разделе Файловый архив -> Список кафедральных курсов

2. http://allphysics.ru/phys

Материально-техническое обеспечение

В соответствии с требованиями п.5.3. образовательного стандарта МГУ по направлению подготовки «Физика».

Аудитория 2-44.

В наличии есть проектор и компьютер для презентации.