Лектор

К.ф.-м.н., с.н.с, Хахалин Андрей Владимирович, avkhakhalin@physics.msu.ru, +7(495)939-40-34

Аннотация дисциплины

Исследование структуры водных сред занимает в настоящее время важнейшее место в исследованиях физико-химических свойств и новых способов их изменения. Понятие структуры жидкости многообразно и выделяется на различных уровнях ее рассмотрения. В спецкурсе предлагается в систематизированном виде описание развития понимания структурных свойств водных сред от концепций до самых современных моделей. Лекционный материал рассматривает взаимосвязь между структурными свойствами водных сред на молекулярном уровне и их макроскопическими свойствами, а также содержит информацию по экспериментальным и теоретическим методам исследования структуры жидкостей.

Цели освоения дисциплины

Целью курса является ознакомление студентов с понятием структуры, формируемой жидкостями и, в частности, водных сред. Данное понятие раскрывается во взаимосвязи структурных свойств на атомном и молекулярном уровнях в молекулах H2O с макроскопическими физико-химическими свойствами как групп из молекул воды, так и с примесными молекулами.

Задачи дисциплины

Получить представление о разновидностях жидкостей, моделях воды, типах структур ею формируемых под воздействием различных макроскопических факторов, а также об экспериментальных и теоретических методах исследования структуры водных сред.

Компетенции

       Компетенции, необходимые для освоения дисциплины - ПК-1, ПК-6.

      Компетенции, формируемые в результате освоения дисциплины - ПК-2, ПК-3.

Требования к результатам освоения содержания дисциплины

В результате освоения дисциплины студент должен

  • знать разновидности жидкостей;
  • модели воды;
  • уровни формирования структуры у водных сред;
  • экспериментальные и теоретические методы исследования структуры водных сред.

Содержание и структура дисциплины.

Вид работы

Семестр

Всего

…

6

7

Общая трудоёмкость, акад. часов

…

…

36

72

Аудиторная работа:

…

…

…

…

        Лекции, акад. часов

…

…

36

…

         Семинары, акад. часов

…

…

…

…

          Лабораторные работы, акад. часов

…

…

…

…

Самостоятельная работа, акад. часов

…

…

36

…

Вид итогового контроля (зачёт, зачёт с оценкой, экзамен)

…

…

зачет

…

 

№
раз-
дела

Наименование
раздела

Трудоёмкость (академических часов) и содержание занятий

 

Форма
текущего
контроля

Аудиторная работа

Самостоятельная работа

 

Лекции

Семинары

Лабораторные работы

1

 

Макроскопи-ческие свойства жидкостей и воды

2 часа.

Введение. Влияние структуры водных сред на физико-химические процессы.

…

…

2 часа.

Составление перечня наиболее часто встречающихся эффектов влияния структуры воды на различные сферы человеческой жизнедеятельности.

ДЗ,

КР,

Об.

2 часа.

Общая характеристика жидкого состояния. Место жидкости на диаграмме состояния, сверхкритические флюиды, фазы и агрегаты состояния.

…

…

2 часа.

Описание примеров существования жидкости для нескольких точек диаграммы состояния.

4 часа.

Классификация жидкостей. Нормальные и ассоциированные жидкости. Классические и кван-товые многофазные жидкости (сверхтекучий гелий, жидкие кристаллы).

…

…

4 часа.

Описание условий, необходимых для перехода жидкости из одного вида в другой.

4 часа.

Макроскопические свойства жидкостей: плотность, тепловое расширение, текучесть, тепло-емкость, уравнение состояния. Экспериментальные методы исследования структуры жидко-сти и теплового движения ее молекул.

 

…

4 часа.

Описание критериев применимости экспериментальных методов для исследования структурных свойств жидкостей.

4 часа.

Физико-химические свойства воды. Растворы. Законы Генри и Рауля. Электрическая диссоциация. Разновидности существующей в природе воды.

 

 

4 часа.

Описание различий в физико-химических свойствах дистиллированной и природной воды.

2

 

Анализ структурных свойств водных сред

4 часа.

Уровни структуры воды. Модели структуры воды. Влияние структуры воды на ее физико-химические свойства.

…

…

4 часа.

Описание взаимосвязей уровней структуры воды и ее физико-химических свойств.

ДЗ,

КР,

Об.

4 часа.

Методы численного моделирования водной среды и анализа ее структуры.

…

…

4 часа.

Создание блок-схем моделирования водных сред.

4 часа.

Влияние физических факторов на структуру воды. Влияние химических факторов на структуру воды. Роль структуры жидкости в нанотехнологиях.

…

…

4 часа.

Описание изменений, происходящих в воде под влиянием различных физических и(или) химических факторов.

4 часа.

Структурные свойства водных сред.

…

…

4 часа.

Расчет потенциальной энергии малых водных кластеров с примесями и без них.

4 часа.

Методика анализа структуры воды на основе сеток из водородных связей.

…

…

4 часа.

Структурный анализ малых водных кластеров с примесями и без них.

 Место дисциплины в структуре ООП ВПО

  1. По выбору.
  2. Вариативная часть, профессиональный блок, спецкурс кафедры.
  3. Курс опирается на базовые курсы по общей физике.
  • К началу освоения данного курса необходимы знания, полученные учащимися в рамках общего курса физики на физическом факультете МГУ.
  • Освоение курса необходимо для выполнения научно-исследовательской работы.

 Образовательные технологии

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

Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации

Проводятся промежуточные контрольные работы по определению уровня усвоения материала.

Примеры вопросов и задач

  1. Чем определяются структурные свойства молекулы воды на атомном и молекулярном уровнях?
  2. Рассчитайте потенциальную энергию следующего водного кластера по потенциалам Полтева-Маленкова («PM»):

Координата X, Å      Координата Y, Å      Координата Z, Å

Атом №1 O                0.000                          -0.283                         0.000

Атом №2 H               0.800                          0.283                          0.000

Атом №3 H               -0.800                         0.283                          0.000

 

Атом №4 O               -1.978                         -2.155                         -0.126

Атом №5 H               -1.096                         -1.729                         -0.083

Атом №6 H                -1.870                         -3.129                         -0.145

 

Атом №7 O               -2.619                         0.515                          -0.072

Атом №8 H               -3.513                         0.913                          -0.120

Атом №9 H               -2.694                         -0.461                         -0.113

Учебно-методическое обеспечение дисциплины

 Основная литература

  1. Зацепина Г.Н. Структура и свойства воды. М.: Изд. МГУ, 1984.
  2. Эйзенберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды. Л.: Гидроме-теоиздат, 1975.
  3. Вернадский В.И. История природных вод. Избр. соч. М., 1960.
  4. Самойлов О.Я. Структура водных растворов электролитов и гидра-тации ионов. Изд-во АН СССР, 1957.
  5. Гривцов А.Г. Методика численных экспериментов и динамика мик-рогетерогенных систем. Метод молекулярной динамики в физической химии / Под ред. Ю.К. Товбина. М.: Наука, 1996. –334 с.
  6. Хеерман Д.В. Методы компьютерного эксперимента в теоретической физике. М.: Наука, 1990.
  7. Кульский Л.А., Даль В.В., Ленчина Л.Г. Вода знакомая и загадочная. Киев: Радянска школа, 1982.
  8. Москва В.В. Водородная связь в органической химии // Соросовский образовательный журнал. 1999. №2. С. 58-64.
  9. Карякин А.В., Кривенцова Г.А. Состояние воды в органических и неорганических соединениях. М., Наука, 1973.
  10. Митчелл Дж., Смит Д. Акваметрия. Пер. с англ. / Под. ред. Ф.Б. Шермана. М., Химия, 1980.
  11. Хахалин А.В., Ширшов Я.Н. Исследование оптических свойств жидкости методом инфракрасной Фурье-спектроскопии: Учебное пособие. М.: Физический факультет МГУ, 2010.
  12. Рассадкин Ю.П. Вода обыкновенная и необыкновенная. М., 2008.
  13. Карговский А.В. Структуры и оптические спектры водных кластеров. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. М., 2006.
  14. Рахманова О.Р. Взаимодействие кластеров воды с парниковыми газами. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Екатеринбург, 2009.

 Дополнительная литература

  1. Хахалин А.В., Теплухин А.В. Исследование сеток водородных связей в водных кластерах, содержащих ион Na+ или K+ // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2006. № 1-2. С. 70-74.
  2. Лобышев В.И. Вода как сенсор слабых воздействий физической и химической природы // Российских химический журнал. 2007. Т. LI. №1.
  3. Bunkin A.F., Nurmatov A.A., Pershin S.M. Four-photon spectroscopy of ortho/para spin-isomer H2O molecule in liquid water in sub-millimeter range // Laser Physics Letters. 2006. V. 3. I. 6. P. 275-277.
  4. Ефимов Ю.Я. О влиянии геометрии водородного мостика на колебательные спектры воды: двухпараметрические потенциалы H-связи // Журнал структурной химии. 2009. Т. 50. №4. С. 736-745.
  5. Vrbka L., Jungwirth P., Homogeneous freezing of water starts in the subsurface// The Journal of Physical Chemistry B. 2006. V. 110. P. 18126-18129.
  6. Мельников Г.А., Мелихов Ю.Ф., Ларионов А.Н., Вервейко В.Н., Вервейко М.В. Прогнозирование ИК-спектров кластерных систем // Вестник ВГУ. Серия: Физика. Математика. 2008. №1. С. 52-58.
  7. Востриков А.А., Дубов Д.Ю., Дроздов С.В. Дипольный момент кластеров воды и парниковый эффект // Письма в ЖТФ. 2008. Т. 34. Вып. 5. С. 87-94.
  8. Huang C., Wikfeldt K.T., Tokushima T., Nordlund D., Harada Y., Bergmann U., Niebuhr M., Weiss T.M., Horikawa Y., Leetmaa M., Ljungberg M.P., Takahashi O., Lenz A., Ojamäe L., A. P. Lyubartsev, S. Shin, L. G. M. Pettersson, and A. Nilsson. The inhomogeneous structure of water at ambient conditions // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2009. Vol. 106. №36. P. 15214-15218.
  9. Stanley H.E., Kumar P., Xu L., Yan Z., Mazza M.G., Buldyrev S.V., Chen S.-H., Mallamace F. The puzzling unsolved mysteries of liquid water: Some recent progress // Physica A 2007. V. 386. P. 729-743.
  10. Swenson J., Teixeira J. The glass transition and relaxation behavior of bulk water and a possible relation to confined water // J. Chem. Phys. 2010. V. 132. P. 014508.
  11. Zelent B., Vanderkooi J.M. Infrared spectroscopy used to study ice formation: The effect of trehalose, maltose, and glucose on melting // Analytical Biochemistry. 2009. V. 390. P. 215-217.

 Интернет-ресурсы

  1. https://www.llnl.gov/str/Ocober05/Mundy.html
  2. http://www.lsbu.ac.uk/water/index2.html

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.

Подробности

Лектор

К.ф.-м.н., ассистент Плаксина Юлия Юрьевна, yuplaksina@mail.ru, 8(495)939-26-94.

Аннотация дисциплины

Рассматриваются два связанных вопросов – физика фазовых переходов и их влияние на гидродинамику системы. В сжатой форме излагается основные вопросы физики и химии поверхности. Рассматриваются гидродинамические процессы на границе раздела сред при наличии энергообмена между средами – это испарение, гетерогенная конденсация, поглощение излучения на границе раздела. Проводится анализ граничных условий, исследуется влияние колебаний поверхности раздела на распространение гидродинамических возмущений. Анализируются гравитационно-капиллярные волны, термокапиллярная и концентрационная конвекции. Существенное место в курсе занимает анализ параметров подобия, связанных с объемным энерговыделением и энергообменом на границе раздела сред.

Цели освоения дисциплины

Целью курса является приобретение студентами практических навыков в формулировке проблем при наличии фазовых переходов и границ раздела сред, а также анализа параметров подобия.

Задачи дисциплины

В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать основные физические модели, описывающие тепло- и массообмен на границе раздела сред и иметь общее представление об особенностях фазовых переходов.

Программа курса

  1. Условие равновесия фаз. Путешествие по фазовой диаграмме. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса.Фазовые переходы и их классификация.
  2. Теория Ван-дер-Ваальса. Критическая точка пар-жидкость.

Закон соответственных состояний

  1. Модель Изинга. Законы Кюри и Кюри-Вейсса. Корреляционная функция вблизи критической точки.
  2. Химия и физика поверхности. Поверхностное натяжение и изменение поверхностной энергии. Межфазное натяжение. Адгезия, когезия. Добавочное давление, обусловленное кривизной поверхности жидкости.

Формула Лапласа. Сорбция.

  1. Моделирование потоков тепла на границе раздела «вода-воздух» (эмпирические модели)
  2. Гидродинамические уравнения и условия на границе
  3. Параметры подобия и граничные условия для деформируемой поверхности
  4. Гравитационно - капиллярные волны на поверхности раздела жидкость-газ
  5. Термокапиллярная конвекция на границе раздела жидкость-газ
  6. Испарение и конденсация. Их влияние на формирование гидродинамических течений в жидкости и в газе.
  7. Структуры на поверхности жидкости. ПАВ, пленки и их описание. Влияние пленок на испарение и газовый обмен.
  8. Пузырьки. Распространение звуковых волн в пузырьковой среде. Всплытие пузырька. Классический анализ движения пузырька (без учета теплопроводности, вязкости и поверхностного натяжения). Паровые пузырьки. Антипузыри. Кавитация.
  9. Капли.

 Литература

  1. Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц Теоретическая физика. (т. V) Статистическая физика. Часть 1. М.: Наука, 1976.
  2. Г. Стенли Фазовые переходы и критические явления. М.: Мир, 1973.
  3. Ш. Ма Современная теория критических явлений. М.: Мир, 1980.
  4. А.З. Паташинский, В.Л. Покровский Флуктуационная теория фазовых переходов. М.: Наука, 1982.
  5. М. А. Анисимов Критические явления в жидкостях и жидких кристаллах. М.: Наука, 1987.
  6. Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. Теоретическая физика. (т. VI) Гидродинамика. М.: Наука, 1986.
  7. В. И. Ралдугин. Физикохимия поверхности. Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2011.
Подробности

Лектор: к.ф.-м.н., ст.преподаватель Плаксина Юлия Юрьевна

Код курса:                         

Статус:          обязательный

Аудитория:    специальный

Специализация:  Физика
                 молекулярных процессов

Семестр:        1

Трудоёмкость: 2 з.е.

Лекций:          24 часа

Практ. занятий: 12 часов

Отчётность:      экзамен

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

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

Аннотация курса

Рассматриваются процессы тепло- и массообмена за счет конвективного переноса как в классических системах с неоднородным распределением температуры, так и в системах с неравновесным запасом энергии во внутренних степенях свободы. Накачка энергии во внутренние степени свободы, релаксационные процессы сильно изменяют условия конвективного обмена. Рассматривается как приближенный инженерный подход, так и точная гидродинамическая задача.

Приобретаемые знания и умения

В результате освоения дисциплины обучающийся должен освоить основные элементы базовой теории конвекции – уметь оценивать роль конвекции с помощью расчета критических чисел, знать основные механизмы конвекции и факторы, влияющие на конвективный перенос.

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 газового разряда», «Физика горения и взрыва», «Экспериментальные методы»

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. Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. конвективная утойчивость несжимаеой жидкости.М.Наука, 1972.
  2. Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М., Непомнящий А.А. Устойчивость конвективных течений. М.Наука,1989.
  3. Гетлинг А.В. Конвекция Рэлея-Бенара, М.:Эдиториал УРСС, 1999.
  4. Кошкин В.К., Калинин Э.К.,Дрейцер Г.А., ЯрхоС.А. Нестационарный теплообменюМ. Машиностроение, 1973.

Основные учебно-методические работы, обеспечивающие курс
  1. Осипов А.И., Уваров А.В. Неравновесный газ: проблема устойчивости. //Успехи физических наук, 1996, т.166, №6, с.639-650.
  2.  

Основные научные статьи, обеспечивающие курс

1.Винниченко Н.А., Уваров А.В. Модернизация приближения Обербека- Буссинеска для решения нестационарных задач в замкнутой полости.//Вестник Моск. Ун-та.сер.3 физ. Астрон, 2010, №6, с.21-25.

2. Osipov A.I., Uvarov A.V. , Roschina N.A. Influence of natursl convection on the parameters of thermal explosion in the horizontal cylinder//Int.J.Heat Mass Transfer, 2007, v.50, issue25-26, p.5226-5231

3.Roschina N.A., Uvarov A.V., Osipov A.I. Natral convection in an annulus between coaxial horizontal cylinders with internal heat generation//Int.J.Heat Mass Transfer, 2006, v.3, N1-2, p.40-47.

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

Естественная и вынужденная конвекция. Система гидродинамических уравнений для описания конвекции. Приближение Обербека-Буссинеска.

1

Задача Рэлея. Число Рэлея. Число Грасгофа. Проблема конвективной устойчивости

2-3

Конвективные течения в воде. Особенности теплофизических свойств воды.

Проникающая конвекция.

4

Сравнение интенсивности гидродинамического и молекулярного переноса. Число Нуссельта. Зависимость числа Нуссельта от чисел Рэлея и Рейнольдса для различных конфигураций конвективного потока.

5-6

Проблема математического моделирования конвективного переноса. Методы.

7-10

Объемное энерговыделение. Влияние немонотонного профиля и зависимости скорости энерговыделения от температуры.

11

Конвекция на границе раздела сред. Конвекция в системе вода-воздух.

12-13

Конвективные процессы в геофизических задачах

14

Конвекция в плазме газовых разрядов.

15

 

 

 

 

Подробности

Лектор: д.ф.-м.н., профессор Петрова Галина Петровна

Код курса:

Статус:           обязательный

Аудитория:    специальный

Специализация: Физика
        молекулярных процессов

Семестр:            2

Трудоёмкость:   2 з.е.

Лекций:           28 часов

Практ. занятий:  4 часа

Отчётность:        зачёт

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

Приобретаемые     М-ПК-3,
компетенции:        М-ПК-4

Аннотация курса

Целью данного спецкурса является знакомство студентов, с особенностями структуры и физических свойств термотропных и лиотропных систем. Изложена система классификации жидких кристаллов различных типов. Рассматриваются основы теории фазовых переходов, молекулярно-статистической теории и элементы теории упругости (в основном, на примере нематических жидких кристаллов). Описываются изменения физических свойств жидких кристаллов (жк) под воздействием различных внешних полей. Приводятся экспериментальные данные, полученные автором с сотрудниками, при исследовании различных типов теплового молекулярного движения в термотропных жидких кристаллах и в лиотропных системах, таких, как растворы биополимеров.

Рассмотрено воздействие ионов тяжелых металлов на белки и ферменты в растворах, приводящее к возникновению дипольных наноструктур, которые могут рассматриваться как   начало образования жк фазы.

   Для студентов и аспирантов, специализирующихся в области молекулярной физики, медицинской физики и физической экологии.

Приобретаемые знания и умения

В результате освоения дисциплины обучающийся должен иметь представление об особенностях жк фаз и о теоретических подходах к описанию физических свойств этих структур

Образовательные технологии

Лекции читаются с использованием современных мультимедийных возможностей и проекционного оборудования.

Логическая и содержательно-методическая взаимосвязь с другими частями ООП

Курс можно рассматривать как продолжение и приложение вопросов, излагаемых в курсах по «Физике жидкостей».

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

Научно-исследовательская практика, научно-исследовательская работа, курсовые и дипломные работы, задачи специального практикума.

Основные учебные пособия, обеспечивающие курс

П. де Жен Физика жидких кристаллов «Наука» 1977

Л.М.Блинов,   Электро и магнитооптика жидких кристаллов, М.»Наука1978

А.С. Сонин   Введение в физику жидких кристаллов М.»Наука 1983

С.Чандрасекхар   Жидкие кристаллы Из-во «Мир»1980.М.

Дополнительная:

Капустин А.П. Электрооптические и акустические свойства жидких кристаллов ; Экспериментальные исследования жидких кристаллов , М. Наука, 1973,1977.

Браун Г., Улкен Д. Жидкие кристаллы и биологические структуры; М. Мир,1982.

Основные учебно-методические работы, обеспечивающие курс

Г.П.Петрова Анизотропные жидкости. Биологические структуры. Учебное пособие.

МГУ им. М.В.Ломоносова физический факультет. Москва, 2005

Основные научные статьи, обеспечивающие курс

Петрова Г.П., Петрусевич Ю.М., Гурова М.А., Сергеева И.А., Тихонова Т.Н., Федорова К.В., Чжан Сяолей. «Физический механизм токсического воздействия тяжелых металлов на белки и ферменты». // Мед. физика, 2010, № 2 (46), с. 101–104.

Т.А. Яхно и др. «О существовании регулярных структур в жидкой сыворотке крови», ЖТФ,2003, вып.4, с.23

С.А.Скопинов, И.П.Антропова «Динамика формирования ж.к текстур в образцах своротки крови»,Изв.Ак.наук 1995, т.59, вып.3.

Программное обеспечение и ресурсы в интернете

http://molphys.phys.msu.ru

 

Контроль успеваемости

Промежуточная аттестация проводится на 8 неделе в форме коллоквиума с оценкой. Критерии формирования оценки – уровень знаний пройденной части курса.

Текущая аттестация проводится еженедельно. Критерии формирования оценки – посещаемость занятий, активность студентов на лекциях, уровень подготовки к семинарам.

Фонды оценочных средств

Контрольные вопросы для текущей аттестации на семинарах; задания для практических (лабораторных) занятий; вопросы и задачи для контрольных работ и коллоквиумов; вопросов к зачётам и экзаменам; темы докладов и рефератов.

 Структура и содержание дисциплины

 

Раздел

Неделя

Ближний и дальний порядок в конденсированной среде, ориентационное упорядочение.                                                                                

История открытия жидких кристаллов и этапы развития

1

Система классификации жидких кристаллов и основные типы молекулярного упорядочения термотропных жидких кристаллов. Параметр порядка нематической фазы и функция ориентационного распределения молекул. Тензорный параметр порядка нематической фазы                                      

Холестерическе жидкие кристаллы Оптические свойства холестерических жидких кристаллов Смектические жидкокристаллические фазы Смектические фазы со структурными слоями Дисковые фазы

2-3

Отличительные особенности фазовых переходов в жидких кристаллах Теория фазовых переходов Ландау-де Жена (для нематической фазы).Особенности рэлеевского рассеяния света в жидких кристаллах. Циботаксические группы

4-5

Молекулярно-статистическая теория нематической фазы                                    

Различные типы межмолекулярного взаимодействия в жидких кристаллах          

Теория Майера–Заупе . Моделирование жк фазы с помощью машинных экспериментов

6

Элементы теории упругости жидких кристаллов Изгибовае деформации жидкокристаллических слоев. Модули Франка

7

Некоторые физические свойства термотропных жидких кристаллов

Анизотропия электрических и магнитных свойств ЖК. Влияние внешних полей. Переходы Фредерикса

8

Молекулярная подвижность в жидких кристаллах .Ультраакустические свойства жидких кристаллов                                  

Дисперсия скорости звука в жидких кристаллах . Распространение ударно-акустического возмущения в жидких

9

Лиотропные жидкие кристаллы. Биологические структуры

Лиотропные фазы. Лиомезоморфизм.

История открытия лиотропных ЖК

10

Амфифильные системы. Последовательность фаз при изменении концентрации амфифильных веществ Структурные элементы лиомезофаз.

Параметры порядка для мицеллярной лиотропной фазы

Роль растворителя в образовании мезофаз Некоторые физические свойства лиотропных жидких кристаллов

11-12

Биологические структуры. Мембраны. Форменные элементы крови. Белки.

Строение клеточной мембраны Состав крови. Состав и строение белковых молекул

13-14

Образование ЖК фазы в растворах белков, содержащих ионы тяжелых металлов.

Роль металлов в живых организмах.

Возникновение наноструктур при взаимодействии белковых макромолекул с тяжелыми ионами.

15

 

Подробности

Лектор

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

Код курса:

 

Аннотация курса

В последние годы развитие плазменных технологий, методов исследования импульсных процессов в газах, численного моделирования течений в газах и плазме привело к возникновению научного направления на стыке физики и механики газа и плазмы – плазменной газодинамике.

В лекционном курсе содержатся базовые сведения о газовых и плазменных средах, течениях газа с импульсным и стационарным энергоподводом, методами ионизации потоков газа. Рассматриваются модели описания течений газа и плазмы. В рамках курса студенты знакомятся с особенностями поверхностных, струйных разрывных течений газа и плазмы.

Статус:

По выбору

Аудитория:

специальный

Специализация:

физика

Семестр:

9

Трудоёмкость:

2 з.е.

Лекций:

34 часа

Семинаров:

-

Практ. занятий:

2 часа

Отчётность:

экзамен

Начальные
компетенции:

 

М-ПК-1, М-ПК-2

Приобретаемые
компетенции:

 

М-ПК-3, М-ПК-7

 

 

 

 

Приобретаемые знания и умения

В результате освоения дисциплины обучающийся должен получить представление об основных моделях описания движущихся газовых и плазменных сред, в том числе течений с разрывами; способах управления параметрами потоков газа и плазмы, физических основах плазменных технологий.   

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 о содержательно-методически связан с курсами: “Механика сплошных сред", “Физическая газодинамика”, “Физика газового разряда”.

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

Знаменская И.А., Луцкий А.Е. Газодинамическое течение с импульсным подводом энергии. Учебное пособие. МАИ, 2000.

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., Иванов И.Э., Крюков И.А, Кули-Заде Т.А. Импульсный объемный разряд с предыонизацией в двумерном газодинамическом потоке. ЖЭТФ 2002, Т 122 в в 6(.12) 1198-2006Аульченко С.М., Замураев В.П., Знаменская И.А., Калинина А.П., Орлов Д.М., Сысоев Н.Н. О возможности управления трансзвуковым обтеканием профилей с помощью подвода энергии на основе наносекундного разряда типа “плазменный лист. ЖТФ, 2009, Т. 79, В. 3, С. 17-27.

Знаменская И.А., Латфуллин Д.Ф. Мурсенкова И.В. Поверхностный поперечный распределенный наносекундный разряд в сверхзвуковом пограничном слое. Доклады Академии Наук, 2009, том 427, № 1,  С. 32-34.

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

1.      Модели описания среды. Понятие сплошных сред. Переход газовой среды в плазменное состояние. Ионизованный газ и плазма. Идеальный газ и идеальная плазма. Длина свободного пробега и дебаевский радиус.

1

2.      Законы сохранения для сплошной среды. Разрывы сплошной среды. Классификация разрывов и волн. Тангенциальный разрыв. Образование ударной волны в газе. Распад произвольного разрыва. Взаимодействия, отражения, преломление ударных волн. Регулярное и маховское отражение. Волны разрежения и сжатия.

2

3.      Плазма как сплошная среда. Термодинамические параметры плазмы.  Колебания в плазме. Излучательные переходы в плазме. Уравнения плазмы в гидродинамическом приближении.

 3

4.      Кинетика низкотемпературной плазмы. Уравнение Пуассона. Уравнения Больцмана и Власова. Уравнение переноса излучения в плазме. Одножидкостная, двухжидкостная гидродинамика плазмы. Неустойчивости в плазме.

4-5

5.      Течения газа с энергоподводом. Высокоэнтальпийные течения газа и плазмы. Энергоподвод в газодинамическое течение. Стационарный, импульсный, частотный режимы энергоподвода. Распад разрыва при импульсном энерговыделении.

6

6.      Образование ударной волны при импульсном выделении энергии. Высокоскоростные течения газа с ударными волнами. Сверхзвуковое обтекание тел.

7

7.      Пограничный слой в вязком потоке. Течения в каналах и соплах. Псевдоскачки. Следовые течения. Отрывные течения. Струйные течения газа и плазмы.

8

8.      Ионизирующие ударные волны.  Структура сильных ударных волн. Гиперзвуковые течения. Ударные волны в низкотемпературной плазме. Структура ударной волны в газе и плазме.

9

9.      Методы ионизации газовой среды. Газовые разряды. Тлеющий разряд. Импульсные разряды  Импульсный объемный разряд с предыонизацией. Поверхностный скользящий разряд. Оптический разряд. Плазменные генераторы. Плазмотроны.

10

10.  Газовый разряд в потоке. Тлеющий, дуговой разряд в дозвуковом и сверхзвуковом потоке. Импульсный и импульсно-периодический разряд в потоке

11-12

11.  Горение в потоке. Влияние газодинамики на процессы горения. Структура пламён. Газодинамическое управление горением. Донное горение. Детонация.

13

12.  Газодинамика  мощного лазерного излучения, пучков заряженных частиц.

14

13.  Газовая динамика космической плазмы. Солнечный ветер, межзвезжная среда. Ударные волны в космосе.

15

 

Подробности