Физико-технический факультет

Кафедра физики твердого тела и нелинейной физики

Образовательная программа по специальности «Материаловедение и технология новых материалов»

Утверждено на заседании Ученого совета физико-технического факультета Протокол №10 от «31» мая 2013г. Декан факультета _____________ Давлетов А.Е.

СИЛЛАБУС

По профессиональному элективному модулю № Н (ПЭМ)

Физика материалов» 6 кредита

Включает дисциплины

«PTTN 6310» - «Диэлектрические материалы» (3 кредита)

«PTTN 6311» - «Основы нанотехнологии в материаловедении» (3 кредита)

Бакалавриат

4 курс, р/о, семестр осенний

Сведения о преподавателях, ведущих дисциплины модуля:

3. По дисциплине «Диэлектрические материалы»

1. Ф.И.О. лектора: Мурадов Абыл Дарханович, кандидат физико-математических наук, доцент.

Телефон 377-34-12

e-mail: [email protected]

каб.: 216

2. Ф.И.О. преподавателя (сем. занятия): Мурадов Абыл Дарханович, кандидат физико-математических наук, доцент.

По дисциплине «Основы нанотехнологии в материаловедении»

1. Ф.И.О. лектора

2. Телефон 377-34-12

e-mail:

каб.:

Цель и задачи дисциплины:

Цель: Углубление приобретенных на первой ступени профессиональной подготовки специальных, внепредметных и межпредметных знаний.

Овладение способностью формулировать решения сложных проблем и заданий в науке и критически их оценивать и оптимизировать.

Овладение способностью благодаря глубине и широте присвоенных компетентностей распознавать будущие проблемы, технологии и научные разработки и учитывать их в своей работе.

Задачи: Овладение всеми видами и навыками теоретических и экспериментальных исследований в данной области материаловедения. Воспитание высококвалифицированных специалистов, способных самостоятельно приобретать новые знания, адаптироваться к изменяющимся социально-экономическим условиям и успешно конкурировать на внутреннем и внешнем рынках труда. Овладение высоким уровнем профессиональной культуры, способствующей самостоятельно заниматься научной работой, организовывать, проводить и руководить сложными проектами, обучать физике в высших учебных заведениях, успешно осуществлять организационную и управленческую деятельность. Усвоение фундаментальных знаний на стыке наук, обеспечивающих им профессиональную мобильность на рынке труда.

Компетенции (результаты обучения):

бакалавр будет обладать глубокими системными знаниями и уметь критически оценивать проблемы, подходы и тенденции, отражающие современное состояние материаловедения, а также владеть компетенциями:

Инструментальные - обладать глубокими системными знаниями и уметь критически оценивать проблемы, подходы и тенденции, отражающие современное состояние материаловедения, области научных исследований и сферы профессиональной практики; умение вести общение в научной сфере, применять профессионально практические знания и навыки обучения физики и химии в учебных заведениях с использованием современной компьютерной технологии, интерактивных методов обучения.

Межличностные - уметь работать в международных или интернациональных научных коллективах, быть политкорректным в любых нестандартных ситуациях.

Системные: - способность обучаться для проведения научных исследований или приобретения другой профессиональной квалификации; умение обобщать и систематизировать научную информацию, получать новые научные факты в области биологии с критическим осмыслением их места в системе науки о жизни.

Предметные - углубить приобретенные на первых ступенях профессиональной подготовки знания в области материаловеления, технологий производства материалов и новых технологических приемов придания нужных свойств материалов; дополнить знания в области материаловедения и технологии изготовления новых материалов расширенными методическими и аналитическими подходами; овладеть способностью формулировать решения проблем и заданий в науке или промышленных и общественных сферах, для решения которых необходимо использовать аналитический подход, базирующегося на знании фундаментальных основ материаловедения и новых знаний, генерированных в ходе решения проблемы.

Пререквизиты: Все разделы «Общей физики», «Квантовая механика», «Статистическая физика и термодинамика», «Электродинамика», «Кристаллография», «Кристаллофизика».

Постреквизиты: «Радиационная физика твердого тела», «Электронная и квантовая теория твердого тела».

 

I дисциплина «PTTN 6310» - «Диэлектрические материалы» (3 кредита)

Цель и задачи дисциплины:

Цель: Углубить приобретенные на первой ступени профессиональной подготовки специальные, внепредметные и межпредметные знания.

Овладеть способностью формулировать решения сложных проблем и заданий в науке и критически их оценивать и оптимизировать.

Овладеть способностью благодаря глубине и широте присвоенных компетентностей распознавать будущие проблемы, технологии и научные разработки и учитывать их в своей работе.

Задачи: Получение фундаментального, качественного профессионального образования, глубоких специализированных знаний в области физики диэлектрических конденсированных сред. Овладение всеми видами и навыками теоретических и экспериментальных исследований в данной области материаловедения. Воспитание высококвалифицированных специалистов, способных самостоятельно приобретать новые знания, адаптироваться к изменяющимся социально-экономическим условиям и успешно конкурировать на внутреннем и внешнем рынках труда. Овладение высоким уровнем профессиональной культуры, способствующей самостоятельно заниматься научной работой, организовывать, проводить и руководить сложными проектами, обучать физике в высших учебных заведениях, успешно осуществлять организационную и управленческую деятельность. Усвоение фундаментальных знаний на стыке наук, обеспечивающих им профессиональную мобильность на рынке труда.

Компетенции (результаты обучения):

студент будет обладать глубокими системными знаниями и уметь критически оценивать проблемы, подходы и тенденции, отражающие современное состояние материаловедения, а также владеть компетенциями:

Инструментальные - обладать глубокими системными знаниями и уметь критически оценивать проблемы, подходы и тенденции, отражающие современное состояние материаловедения, области научных исследований и сферы профессиональной практики; умение вести общение в научной сфере, применять профессионально практические знания и навыки обучения физики и химии в учебных заведениях с использованием современной компьютерной технологии, интерактивных методов обучения.

Межличностные - уметь работать в международных или интернациональных научных коллективах, быть политкорректным в любых нестандартных ситуациях.

Системные: - способность обучаться для проведения научных исследований или приобретения другой профессиональной квалификации; умение обобщать и систематизировать научную информацию, получать новые научные факты в области биологии с критическим осмыслением их места в системе науки о жизни.

Предметные - углубить приобретенные на первых ступенях профессиональной подготовки знания в области материаловеления, технологий производства материалов и новых технологических приемов придания нужных свойств материалов; дополнить знания в области материаловедения и технологии изготовления новых материалов расширенными методическими и аналитическими подходами; овладеть способностью формулировать решения проблем и заданий в науке или промышленных и общественных сферах, для решения которых необходимо использовать аналитический подход, базирующегося на знании фундаментальных основ материаловедения и новых знаний, генерированных в ходе решения проблемы.

Компетенции:

Иметь представление: Об основных направлениях развития и достижениях науки и техники в области разработки технологий производства и обработки готовых изделий из диэлектрических материалов.

Должен знать: Устройство и работу научных и технологических приборов и оборудования, а также сущность технологических процессов.

Должен уметь: Осуществлять на практике технологические процессы производства и обработки готовых изделий из диэлектрических материалов.

Должен иметь: Навыки контроля и оценки качества исходных материалов и готовых изделий из них.

Быть компетентным: В вопросах технической и экологической безопасности, защиты жизнедеятельности человека, правовых норм и экономических проблем.

СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Неделя	Дисциплина «PTTN 6310» - «Диэлектрические материалы»
Название темы	Кол-во часов	Максимальный балл
Модуль 1
1.	Лекция 1. Предмет, структура, основные задачи курса. Краткие исторические сведения о развитии физики диэлектриков. Связь физики диэлектриков с другими науками.
Практическое занятие 1.Физика диэлектриков как теоретическая основа ряда специальных дисциплин электроизоляционной и кабельной техники.
	Лекция 2. Агрегатные состояния диэлектриков: газообразное, жидкое и твердое (кристаллическое и аморфное). Идеальный газ, уравнение кинетической теории идеального газа. Понятие о ближнем и дальнем порядке. Аморфные и кристаллические тела, их отличие друг от друга.
Практическое занятие 2.Диэлектрики, диэлектрические и электроизоляционные материалы, электрические, механические, термические, физико-механические и физико-химические свойства в связи с химическим составом и строением материала.
СРСП 1.Определение дипольных моментов полярных жидкостей
	Лекция 3. Задачи теории поляризации диэлектриков. Определение электрической поляризации, поляризованности (вектора поляризации), поляризуемости. Основные формулы и соотношения. Классификация видов поляризации.
Практическое занятие 3.Поляризация электронного смещения. Время установления. Вывод уравнения поляризуемости при поляризации электронного смещения.
	Лекция 4. Ионно-релаксационная поляризация. Понятие о релаксации процесса. Физическое толкование процесса. Зависимость ионно-релаксационной поляризации от различных факторов.
Практическое занятие 4.Вывод уравнения для вектора поляризации и поляризуемости. Дипольно-релаксационная (дипольно-ориентационная) поляризация, ее сходство и отличие от ионно-релаксационной поляризации.
СРСП 2.Дипольно-релаксационная (дипольно-ориентационная) поляризация, ее сходство и отличие от ионно-релаксационной поляризации.
Модуль 2
	Лекция 5. Определение макроскопического и локального поля в диэлектрике. Поле Лоренца в диэлектрике. Вывод уравнения напряженности локального поля. Вывод уравнения Клаузиуса – Мосотти.
Практическое занятие 5.Уравнение Клаузиуса – Мосотти для неполярных жидкостей и газов.
СРСП 3.Влияние температуры и давления на диэлектрическую проницаемость неполярных газов.
	Лекция 6. Физические характеристики материалов. Диэлектрическая проницаемость и электрические поля в диэлектриках.
Практическое занятие 6.Электропроводность проводников, полупроводников и диэлектриков.
	Лекция 7. Теплофизические характеристики материалов. Характерные температурные точки. Теплоемкость, теплопроводность материалов.
Практическое занятие 7.Проводимость неоднородных диэлектриков.
	1 Рубежный контроль
Модуль 3
	Лекция 8. Поляризация ионных кристаллов с малой диэлектрической проницаемостью (теория Борна).
Практическое занятие 8.Поляризация ионных кристаллов с малой диэлектрической проницаемостью (теория Борна).
СРСП 4.Поляризация ионных кристаллов с малой диэлектрической проницаемостью (теория Борна).
	Лекция 9. Процессы в диэлектриках под действием сильных электрических полей.
Практическое занятие 9.Теория электрической проводимости Френкеля.
Модуль 4
	Лекция 10. Газобразные и жидкие диэлектрики Электроотрицательные газы, применение газообразных диэлектриков. Виды диэлектриков. Применение твердых диэлектриков в энергетике.
Практическое занятие 10.Электропроводность газов. Ионизация газов. Зависимость подвижности ионов от различных факторов.
СРСП 5.Влияние температуры на электропроводность жидких диэлектриков.
	Лекция 11. Процесс рекомбинации газов: сущность, зависимость от времени.
Практическое занятие 11.Зависимость тока от напряжения в газе. Ток насыщения.
	Лекция 12. Свойства наиболее применяемых диэлектриков. Полимерные материалы. Бумага и картон. Материалы для изоляторов. Слюдяные материалы.
Практическое занятие 12.Математическая формулировка пробоя диэлектриков.
СРСП 6.Падение тока в твердых диэлектриках во времени.
	Лекция 13. Диэлектрические потери. Физическая сущность явления. Потери при поляризации, потери при электропроводности.
Практическое занятие 13.Тангенс угла диэлектрических потерь.
	Лекция 14. Пробой диэлектриков (общие сведения). Пробивное напряжение и электрическая прочность диэлектриков. Математическая формулировка пробоя диэлектриков.
Практическое занятие 14.Коэффициент запаса электрической прочности изоляции.
СРСП 7.Возможные механизмы пробоя. Общая характеристика теплового и электрического пробоев.
	Лекция 15. Пробой газа при малых давлениях и малых газовых промежутках. Коэффициент ударной ионизации.
Практическое занятие 15.Пробой жидких диэлектриков.
	2 Рубежный контроль
	Экзамен
	ВСЕГО

Список литературы

Основная:

1. Коробейников С.М. Диэлектрические материалы, НГТУ, Новосибирск: 2000.

2. Иванов В. В. Физика диэлектриков: Учебное пособие. – Тверь: Изд-во Твер. гос. ун-та, 2000 – 80 с.

Дополнительная:

1.Сканави Г. И. Физика диэлектриков (область слабых полей). – М.: Гостехиздат, 1949.

2. Сканави Г. И. Физика диэлектриков (область сильных полей). – М.: Физматгиз, 1958.

3. Санин В. И. Электрические свойства полимеров. – Л.: Химия, 1977.

4. Академический И. Электрическая проводимость жидких диэлектриков. – Л.: Энергия, 1972.

5.Вершинин Ю. Н. Электрический пробой твердых диэлектриков. Основы феноменологической теории и ее техническое применение, приложение. – М.: Наука, 1968.