Рабочая программа учебной дисциплины РП ТПУ 7.3.3/ СДМ.02/ Физические процессы в вакууме, газах,

РП ТПУ 7.3.3/ СДМ.02/
Рабочая программа учебной дисциплины
«Физические процессы в вакууме, газах,
жидкостях и твердых телах при воздействии
электрических, тепловых и радиационных
полей»
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»
Декан ЭФФ
_______________
«___ »
Г.С. Евтушенко
2008 г.
«Физические процессы в вакууме, газах, жидкостях и твердых
телах при воздействии электрических, тепловых и радиационных
полей»
Рабочая программа для направления 140200 - электроэнергетика,
магистерская программа Техника и физика высоких напряжений,
Электрофизический факультет (ЭФФ)
Обеспечивающая кафедра:
Техника и электрофизика высоких напряжений (ТЭВН)
Учебный план набора _2007года
Курс – 5
Семестры – 10
Распределение учебного времени
Лекции
Лабораторные занятия
Практические занятия
Всего аудиторных занятий
Самостоятельная (внеаудиторная) работа
Общая трудоемкость
Экзамен в 10семестре
Томск - 2008
Документ: /магистры/рабочая программа | Стр. 1 из 18
Дата разработки: 29.04.2016
Разработчик: Лопатин В.В.
36
18
18
72
108
180
часов
часа
часа
часов
часов
часов (6 кредитов)
РП ТПУ 7.3.3/ СДМ.02/
Рабочая программа учебной дисциплины
«Физические процессы в вакууме, газах,
жидкостях и твердых телах при воздействии
электрических, тепловых и радиационных
полей»
ПРЕДИСЛОВИЕ
1. Рабочая программа составлена на основе ОС ТПУ по направлению 140200
«Электроэнергетика» по магистерской программе Техника и физика высоких
напряжений, утвержденного «____»________2001г. и
РАССМОТРЕНА и ОДОБРЕНА на заседании обеспечивающей кафедры техники
и электрофизики высоких напряжений «_28__» _06__ 2004 г. протокол № 30.
Разработчик – профессор каф.ТЭВН _______________________В.В. Лопатин
Зав. обеспечивающей кафедрой ТЭВН
профессор _______________________________________________В.В. Лопатин
Документ: /магистры/рабочая программа | Стр. 2 из 18
Дата разработки: 29.04.2016
Разработчик: Лопатин В.В.
РП ТПУ 7.3.3/ СДМ.02/
Рабочая программа учебной дисциплины
«Физические процессы в вакууме, газах,
жидкостях и твердых телах при воздействии
электрических, тепловых и радиационных
полей»
АННОТАЦИЯ
«Физические процессы в вакууме, газах, жидкостях и твердых
телах при воздействии электрических, тепловых и радиационных
полей»
140200 М
Кафедра ТЭВН ЭФФ
Профессор Лопатин Владимир Васильевич
Тел. (3822) 41-78-99
Цель: Рабочая программа данной учебной дисциплины предназначена для
подготовки специалистов владеющих знаниями о закономерностях протекания
основных физических процессов в диэлектрических материалах при воздействии
электрических, тепловых и радиационных полей. В рабочей программе
сформулированы цели и задачи учебной дисциплины, приведены содержание
теоретического раздела курса, перечень лабораторных работ, практических
занятий и темы самостоятельной работы студентов.
Содержание: Данной программой предусмотрено изучение студентами
поведения газообразных, жидких и твердых диэлектриков в сильных
электрических и тепловых полях. В связи с этим, значительная часть курса
посвящена изучению особенностей электронного строения диэлектрических
материалов, находящихся в различных агрегатных состояниях. Рассмотренные в
курсе элементарные процессы взаимодействия заряженных частиц с атомами и
молекулами различных диэлектриков и в разрядной плазме позволят глубже
понять природу электропроводности, диэлектрических потерь и электрического
пробоя высоковольтной изоляции. Характеристики электропереноса в разных
средах, поляризация диэлектриков, диэлектрические потери, инжекция носителей
заряда, виды и характеристики разрядов в газе в разных условиях, зажигание и
развитие разрядов в вакууме, газах, жидкостях и твердых телах, а также
закономерности развития пробоя приводится в этом курсе.
Курс 5 (10 семестр – экзамен)
Всего 72 часов, в том числе: ЛК – 36 часов, ЛБ – 18 часов, ПР – 18 часов.
Документ: /магистры/рабочая программа | Стр. 3 из 18
Дата разработки: 29.04.2016
Разработчик: Лопатин В.В.
Рабочая программа учебной дисциплины
«Физические процессы в вакууме, газах,
жидкостях и твердых телах при воздействии
электрических, тепловых и радиационных
полей»
РП ТПУ 7.3.3/ СДМ.02/
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1 Цели преподавания дисциплины
Знание физических законов поведения диэлектриков в электрических полях,
их качественных и количественных характеристик необходимо специалистам
электрофизического профиля, работающим в энергетических системах,
электротехнических промышленных предприятий и научных учреждений. В
результате изучения дисциплины «Физические процессы в вакууме, газах,
жидкостях и твердых телах при воздействии электрических, тепловых и
радиационных полей», студенты должны получить знания о процессах,
происходящих в диэлектрических материалах в сильных электрических, тепловых
и радиационных полях, научиться оценивать возможности использования
диэлектрических материалов для совершенствования существующих и создания
новых электроразрядных, пучковых и плазменных технологий.
Перечень дисциплин, усвоение которых студентами необходимо для
изучения данной дисциплины:
а) общая физика - фундаментальные законы природы (законы сохранения
энергии, материи, импульса), механика, термодинамика, электричество и
магнетизм, основы квантовой механики;
б) высшая математика – интегральное, дифференциальное исчисление,
теория вероятности;
в) теоретические основы электротехники – теория и методы расчета
электрических и магнитных полей;
г) общая химия – виды химических связей, типы химических реакций;
константы скорости реакций;
д) информационные технологии на ПЭВМ – современные программные
средства для проведения научно-технических расчетов.
е) электротехнические материалы – строение диэлектриков, поляризация
диэлектриков и диэлектрические потери;
Выполнение задач обеспечивается расширением и углублением ранее
полученных знаний физики диэлектрических материалов при самостоятельной
(внеаудиторной) работе студентов, получением знаний на лекциях, их
закрепление на практических занятиях и при выполнении лабораторноисследовательских работ в высоковольтной лаборатории и компьютерном классе
кафедры ТЭВН.
Материалы дисциплины «Физические процессы в вакууме, газах, жидкостях
и твердых телах при воздействии электрических, тепловых и радиационных
полей» будут использованы при изучении курсов: радиационно-пучковые
технологии модифицирования материалов, физика и техника низкотемпературной
плазмы, плазменные технологии обработки и модификации свойств материалов и
плазмохимия, технологические процессы осаждения модифицирующих покрытий
Документ: /магистры/рабочая программа | Стр. 4 из 18
Дата разработки: 29.04.2016
Разработчик: Лопатин В.В.
Рабочая программа учебной дисциплины
«Физические процессы в вакууме, газах,
жидкостях и твердых телах при воздействии
электрических, тепловых и радиационных
полей»
РП ТПУ 7.3.3/ СДМ.02/
с помощью плазмы газового разряда в скрещенных электрическом и магнитном
полях, магистерской диссертации.
Студент, изучивший курс «Физические процессы в вакууме, газах,
жидкостях и твердых телах при воздействии электрических, тепловых и
радиационных полей» должен:
иметь представление:
- о связи курса с другими дисциплинами,
- о роли курса в подготовке студентов данной специальности,
- об основных процессах протекающих в диэлектрических средах при
воздействии на них сильных электрических, тепловых и радиационных полей;
знать:
– терминологию, основные понятия и определения,
– закономерности поведения диэлектриков в сильных электрических и
тепловых полях, их основные свойства и уметь выбрать диэлектрические
материалы для проектирования высоковольтной изоляции,
– иметь навыки измерений основных параметров электрофизических
процессов,
– четко представлять основные закономерности процессов происходящих
в диэлектрических материалах при воздействии электрических, тепловых
и радиационных полей,
уметь:
– определять возможные причины, опасные факторы, которые могут
привести к нарушению электрической прочности диэлектрических
материалов и предотвращать возможные сбои в работе изоляции
электрофизических
установок,
энергетических
объектов
и
электротехнического оборудования,
Овладение студентом теоретическими знаниями и практическими навыками
происходит в ходе изучения лекционного курса, при индивидуальном
выполнении лабораторных работ и во время самостоятельной познавательной
деятельности.
1.2. Задачи изложения и изучения дисциплины
Для достижения целей, поставленных при изучении курса, используются
следующие методические средства:
– лекции;
– практические занятия;
– лабораторные работы;
– самостоятельная работа студента при выполнении самостоятельных
аудиторных и домашних заданий;
– индивидуальные и групповые консультации;
– контроль качества приобретенных знаний, умений и навыков с помощью
текущего и итогового контроля.
Документ: /магистры/рабочая программа | Стр. 5 из 18
Дата разработки: 29.04.2016
Разработчик: Лопатин В.В.
Рабочая программа учебной дисциплины
«Физические процессы в вакууме, газах,
жидкостях и твердых телах при воздействии
электрических, тепловых и радиационных
полей»
РП ТПУ 7.3.3/ СДМ.02/
2. СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ
(лекции – 36 часов)
2.1. Основные положения, цели и задачи курса
Материаловедческий аспект техники и электрофизики высоких напряжений –
как предмет курса. Газы, жидкости и твердые тела. Металлы, полупроводники и
диэлектрики. Классификация твердых тел. Физические явления в диэлектриках в
слабых и сильных электрических, тепловых и радиационных полях.
Электрический пробой диэлектриков.
2.2. Строение газов, жидких и твердых тел
Строение атомов. Электроотрицательность, валентность, виды и энергия
межатомных связей. Ионная, ковалентная, металлическая и водородная связи.
Полярные и неполярные молекулы. Межмолекулярные взаимодействия в газах,
жидкостях и твердых телах. Виды межмолекулярных взаимодействий.
2.2.1. Структура кристаллов
Трансляции и кристаллическая решетка. Операции симметрии. Элементарная
ячейка. Основные типы кристаллических решеток. Индексы Миллера. Структуры
реальных кристаллов. Дифракция в кристаллах. Дифракция как метод
исследования. Закон Брэгга. Дифракция в аморфных телах.
2.2.2. Особенности электронного строения
Обратная решетка. Зоны Бриллюэна. Электроны в периодическом потенциальном
поле. Эффективная масса электронов и дырок, разрешенные состояния, уровень
Ферми. Электронная структура энергетических зон в атомах и соединениях.
Распределение электронов в кристаллических и аморфных телах. Виды атомных
дефектов и их локальные электронные состояния. Дефекты по Френкелю, Шоттки
и центры окраски. Распределение электронов и дырок в реальных материалах.
Плотность состояний в запрещенной зоне. Линейные, плоскостные и объемные
дефекты. Макродефекты и фазы внедрения. Атомы на поверхности. Собственное
и примесное поглощение света. Рассеяние света носителями заряда.
Фотопроводимость и люминесценция. Представления о частицах и
квазичастицах- носителях энергии: электроны, ионы, фотоны, экситоны, фононы,
поляроны, солитоны.
2.3.3. Виды материалов и свойства диэлектриков
Диэлектрики, полупроводники и металлы в зависимости от электронной
структуры и свойств. Кристаллы, поликристаллы, композиты (многофазные
материалы) и аморфные материалы. Полимеры.
3. Электропроводность.
Объемная и поверхностная электропроводность. Контактные явления на
границе металл – диэлектрик, металл – полупроводник, влияние вакуумного
зазора. Источники носителей заряда. Термоэлектронная и автоэлектронная
Документ: /магистры/рабочая программа | Стр. 6 из 18
Дата разработки: 29.04.2016
Разработчик: Лопатин В.В.
Рабочая программа учебной дисциплины
«Физические процессы в вакууме, газах,
жидкостях и твердых телах при воздействии
электрических, тепловых и радиационных
полей»
РП ТПУ 7.3.3/ СДМ.02/
эмиссии электронов из электродов. Взрывная эмиссия электронов. Виды
носителей заряда. Абсорбционный ток и распределение поля в однородных и
неоднородных материалах.
Электропроводность и вольтамперная характеристика газов. Механизмы
электропроводности жидкостей, влияние примесей. Диссоциация.
Механизмы электропереноса (дрейфовая, активационная, прыжковая,
поляронная и перколяционная электропроводность) в конденсированных
материалах. Особенности электропроводности и характеристики носителей заряда
в жидкостях и твердых телах при различных механизмах электропереноса.
Собственная и примесная электропроводность. Концентрация электронов и
дырок. Зависимость электропроводности от температуры и напряженности
электрического поля. Нелинейные вольтамперные характеристики диэлектриков.
Особенности высоковольтной электропроводности. Перераспределение внешнего
электрического поля носителями заряда. Объемные заряды. Влияние «ловушек»
на распределение поля.
Особенности электропроводности кристаллов, поликристаллов, аморфных и
неоднородных диэлектриков, содержащих проводящие фазы. Перколяционная
электропроводность.
4. Поляризация диэлектриков
Поляризация как реакция диэлектрика на внешнее поля. Поляризуемость
диэлектрика, диэлектрическая восприимчивость. Действующее поле в
диэлектрике и его расчет. Уравнение Клаузиуса – Мосотти для слабополярных
диэлектриков. Виды поляризации, схема замещения диэлектрика.
Виды и частотные характеристики
упругой поляризации. Частотные
параметры тепловых (релаксационных) видов поляризации. Миграционная
поляризация в неоднородных диэлектриках. Действительная и мнимая части
диэлектрической проницаемости и их частотные и температурные зависимости.
Диаграммы Коула–Коула. Статическая и импульсная поляризация, переходный
процесс. Время релаксации различных видов поляризации. Поляризация в
синусоидальном поле.
Поляризация в нецентросимметричных кристаллах (сегнетоэлектриках,
пьезоэлектрики, электреты). Электрооптический эффект.
5. Диэлектрические потери
Характеристики диэлектрических потерь, добротность. Потери на
электропроводность и релаксационные потери. Мощность потерь в разных типах
диэлектриках. Абсорбционный ток в неоднородных диэлектриках. Ток
деполяризации. Токи, протекающие через диэлектрик. Температурная и частотная
зависимости диэлектрических потерь.
Документ: /магистры/рабочая программа | Стр. 7 из 18
Дата разработки: 29.04.2016
Разработчик: Лопатин В.В.
Рабочая программа учебной дисциплины
«Физические процессы в вакууме, газах,
жидкостях и твердых телах при воздействии
электрических, тепловых и радиационных
полей»
РП ТПУ 7.3.3/ СДМ.02/
6. Элементарные процессы в газах в сильных полях
Движение и взаимодействие частиц в газе. Закон сохранения энергии при
взаимодействии частиц. Эффективное сечение столкновений, длина свободного
пробега, подвижность ионов и электронов. Диффузия ионов и электронов.
Прилипание электронов к молекулам и атомам газа. Рекомбинация заряженных
частиц. Возбуждение и ионизация атомов при упругих и неупругих
взаимодействиях. Коэффициент ионизации Таунсенда. Фотоионизация.
Ступенчатая ионизация. Термическая ионизация. Термо – и электронная эмиссия
электронов. Фото – и Оже – эффекты.
7. Разряды в газах.
Виды разрядов в газе в зависимости от условий (давление газа, вид
напряжения, степень однородности поля, мощность источника тока).
Самостоятельные и несамостоятельные разряды. Условие самостоятельности
разряда. Искажение поля лавиной. Развитие стримеров. Границы существования
Таунсендовского и стримерного разряда. Разряд при пониженных давлениях,
тлеющий разряд. Закон Пашена. Законы подобия в тлеющем разряде. Переход к
искровому разряду.
Особенности разрядов в резконеоднородных полях. Коронный разряд на
постоянном, переменном и импульсном напряжениях. Эффект полярности.
Объемные заряды и их влияние. Барьеры в резконеоднородном поле.
Структура времени разряда. Статистическое время запаздывания. Время
формирования разряда. Вольт-секундные характеристики. особенности разрядов
при высоких перенапряжениях (одно- и многоэлектронное инициирование,
убегание электронов).
Разряд в длинных воздушных промежутках. Лидерный механизм разряда.
Проводимость, концентрации носителей заряда и сечения стримерного и
лидерного каналов. Механизм и стадии развития молнии. Основные параметры
молниевого разряда.
Электрическая прочность газов в однородных и резконеоднородных полях
(опытные данные). Влияние влажности, температуры, давления и длины
межэлектродного пространства на электрическую прочность. Высокопрочные
газы и их применение.
Поверхностный разряд в однородном и неоднородном электрическом поле с
преобладанием нормальной и тангенциальной составляющей. Зависимость
разрядного напряжения от соотношения нормальной и тангенциальной
составляющих и поверхностного сопротивления.
Высокочастотные разряды при пониженном, нормальном и повышенном
давлении.
Электрический пробой вакуума. Влияние геометрии и микрогеометрии
электродов, остаточного давления газов и условий на электродах на
электрическую прочность. Механизмы вакуумного пробоя. Взрывная эмиссия
электронов. Эктоны.
Документ: /магистры/рабочая программа | Стр. 8 из 18
Дата разработки: 29.04.2016
Разработчик: Лопатин В.В.
Рабочая программа учебной дисциплины
«Физические процессы в вакууме, газах,
жидкостях и твердых телах при воздействии
электрических, тепловых и радиационных
полей»
РП ТПУ 7.3.3/ СДМ.02/
8. Электрический пробой как фазовый переход конденсированный
диэлектрик - плазма
Причины и механизм фазового перехода при пробое диэлектриков.
Критическая напряженность поля для развития не устойчивостей, варианты
вольтамперных характеристик. Виды и характеристики неустойчивостей,
способных привести к пробою.
Неоднородности электропроводности и распределения температуры как
причины теплового пробоя. Зависимость электрической прочности от
температуры и толщины диэлектрика, времени воздействия напряжения.
Феноменологическая модель теплового пробоя Вагнера, Фока-Семенова.
Характерные признаки электротеплового пробоя. Временная зависимость
электротеплового пробоя.
Развитие
электромеханической
неустойчивости
как
причины
«растрескивания»
диэлектрика.
Разрушение
кристаллической
решетки
электрическим
полем
и
электронным
ударом.
Развитие
электрогидродинамической неустойчивости течений в жидкости. Влияние
кавитации на электрическую прочность жидкостей.
Развитие ионизационных неустойчивостей при пробое диэлектриков. Потери
энергии электронов в конденсированных телах. Кинетические уравнения для
электронов и дырок. Размножение носителей. Критерии пробоев, основанных на
ударной ионизации (Хиппель, Фрелих и др.). Влияние электростатической и
термической ионизации на пробой диэлектриков. Характерные признаки
электрического пробоя.
Развитие электрохимических неустойчивостей и деструкции материалов, как
причины пробоя.
9. Пробой жидкостей
Зажигание разряда. Роль газообразования при длительном и кратковременном
приложении напряжения. Взрывное разрушение электродов при больших
перенапряжениях и влияние материала электродов на электрическую прочность.
Зависимости времени запаздывания зажигания и напряжения зажигания от
полярности электрода, крутизны импульса и свойств жидкости.
Виды развивающихся разрядных каналов в зависимости от величины
напряжения, геометрии промежутка, полярности и распределения напряженности
электрического поля. Медленный и быстрый стример, лидер.
Влияние длины и геометрии промежутков, площади электродов, барьеров и
времени воздействия напряжения на электрическую прочность. Влияние
плотности, диэлектрической проницаемости, электропроводности и степени
очистки на электрическую прочность.
Разряд по поверхности твердых диэлектриков. Эффект внедрения разрядных
каналов в твердый диэлектрик, как основа электроразрядных технологий. Разряд в
жидкости и газожидкостных смесях как основа электроразрядных технологий.
Документ: /магистры/рабочая программа | Стр. 9 из 18
Дата разработки: 29.04.2016
Разработчик: Лопатин В.В.
РП ТПУ 7.3.3/ СДМ.02/
Рабочая программа учебной дисциплины
«Физические процессы в вакууме, газах,
жидкостях и твердых телах при воздействии
электрических, тепловых и радиационных
полей»
10. Особенности пробоя твердых тел
Зависимости электрической прочности от толщины диэлектрика и времени
воздействия напряжения. Вольт-секундные характеристики.
Особенности развития разрядных каналов в аморфных кристаллических и
неоднородных диэлектриках. Кристаллографическая направленность пробоя.
Влияние барьеров с различной электропроводностью и диэлектрической
проницаемостью на развитие разряда и электрическую прочность. Эффект
полярности, эффект упрочнения в тонкослойной изоляции.
Частичные разряды, триинг. Кривые жизни твердой изоляции. Расчет времени
жизни изоляции с ограниченным сроком службы.
3. СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ
(36 часов)
3.1. Тематика лабораторных работ – 18 часов
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7
8.
9.
Вводное занятие, техника безопасности при работе
на высоковольтных установках
Разряд в воздухе при постоянном напряжении
Характеристики
короны
на
постоянном
напряжении
Экспериментальная проверка закона Пашена
Эффект полярности при импульсном пробое
жидких диэлектриков
Вольт-секундные характеристики воды и масла
Исследование влияния неоднородности поля на
пробивное напряжение жидких диэлектриков
Компьютерные исследования развития разряда в
диэлектриках
Электрический триинг и частичные разряды на
переменном напряжении. Исследование времени
до пробоя твердых диэлектриков на компьютерной
модели
2 часа
(2 часа с/р)
2 часа
2 часа
(2 часа с/р)
(2 часа с/р)
2 часа
2 часа
(2 часа с/р)
(2 часа с/р)
2 часа
2 часа
(2 часа с/р)
(2 часа с/р)
2 часа
(2 часа с/р)
2 часа
(2 часа с/р)
3.2. Тематика практических занятий – 18 часов
3.2.1. Структура кристаллов
3.2.2. Классические свойства твердых тел
3.2.3. Метод исследований температурных зависимостей
объемной и поверхностной электропроводности и
фотопроводимости
3.2.4. Методы определения знака носителей заряда, их
природы и подвижности
Документ: /магистры/рабочая программа | Стр. 10 из 18
Дата разработки: 29.04.2016
Разработчик: Лопатин В.В.
2 часа
2 часа
2 часа с/р
2 часа с/р
2 часа
2 часа с/р
2 часа
2 часа с/р
Рабочая программа учебной дисциплины
«Физические процессы в вакууме, газах,
жидкостях и твердых телах при воздействии
электрических, тепловых и радиационных
полей»
3.2.5. Сечение взаимодействия электрона с атомами
решетки, потери энергии электрона. Возможность
существования ударной ионизации
3.2.6. Влияние автоионизации на электрический пробой
3.2.7. Феноменологические модели теплового пробоя
диэлектриков
3.2.8. Феноменологические модели развития разрядных
каналов
3.2.9. Моделирование молниевого разряда
РП ТПУ 7.3.3/ СДМ.02/
2 часа
2 часа
2 часа с/р
2 часа с/р
2 часа
2 часа с/р
2 часа
2 часа
2 часа с/р
2 часа с/р
4. ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ - 108 часов.







4.1. Работа с конспектами лекций – 36 часов.
4.2. Работа с литературой по разделам теоретической части курса – 36 часов.
Особенности структуры и электронного строения диэлектриков - 6 часов.
Электропроводность диэлектриков – 6 часов.
Поляризация диэлектриков – 4 часа.
Физика газового разряда – 8 часов.
Пробой как фазовый переход – 4 часа.
Зажигание разряда и кинетика пробоя жидкостей – 4 часа.
Особенности пробоя твердых тел –4 часа.
4.3. Подготовка к лабораторным работам – 18 часов.
4.4. Работа над материалом практических занятий – 18 часов.
4.
ТЕКУЩИЙ И ИТОГОВЫЙ КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ
Целью текущего контроля знаний студентов является проверка ритмичности
работы студентов, оценка усвоения теоретического и практического материала,
умений и навыков.
5.1. Виды контроля знаний.
Контроль знаний осуществляется согласно методике, разработанной на
кафедре ТЭВН, которая включает в себя:
1. Защита лабораторных работ
Цель контроля: проверка знаний и практических навыков при работе с
электрофизическими установками, измерений высокого напряжения, способов
контроля состояния диэлектрических материалов, контроль за соблюдением
ГОСТа и правил оформления инженерно-технической документации.
Способы проверки навыков: проверка отчетов по лабораторным работам, ответы
на контрольные вопросы. Защита отчетов по лабораторным работам
Документ: /магистры/рабочая программа | Стр. 11 из 18
Дата разработки: 29.04.2016
Разработчик: Лопатин В.В.
Рабочая программа учебной дисциплины
«Физические процессы в вакууме, газах,
жидкостях и твердых телах при воздействии
электрических, тепловых и радиационных
полей»
РП ТПУ 7.3.3/ СДМ.02/
осуществляется путем собеседования с преподавателем по тематике лабораторной
работе.
2. Контрольная работа
Цель контроля: проверка знаний по теоретической части курса.
Способ оценки знаний: выполнение контрольной работы оценивается по
рейтинговой системе в 50 баллов. Студент, набравший менее 25 баллов, получает
дополнительное индивидуальное задание или рекомендации по дополнительной
самостоятельной работе.
3. Индивидуальное задание (реферат)
Цель контроля:
проверка умений и навыков самостоятельного изучения
теоретического вопроса.
Способ оценки знаний и умений: студент должен написать реферат по заданной
теме. Реферат оценивается по рейтинговой системе в 50 баллов. Студент,
набравший менее 25 баллов, получает дополнительное индивидуальное задание
или рекомендации по дополнительной самостоятельной работе.
4. Зачет
Цель контроля: проверка теоретических знаний по данному курсу.
Способ оценки знаний: каждый студент во время сдачи зачета должен ответить на
три теоретических вопроса. Ответ оценивается по рейтинговой системе в 300
баллов. Зачет считается сданным, если студент набрал в ходе сдачи зачета не
менее 150 баллов. С выносимыми на зачет вопросами студенты имеют
возможность ознакомиться заранее.
5. Экзамен
Цель контроля: проверка теоретических знаний по данному курсу.
Способ оценки знаний: каждый студент во время сдачи экзамена должен ответить
на три теоретических вопроса из разных разделов курса. Суммарный ответ
оценивается по рейтинговой системе в 300 баллов. Экзамен считается сданным на
«отлично», если студент набрал в ходе сдачи экзамена не менее 300 баллов и
ответил на дополнительные вопросы (количество и объем дополнительных
вопросов определяет преподаватель). Экзамен считается сданным на «хорошо»,
если студент набрал не менее 210 баллов. Экзамен считается сданным на
«удовлетворительно», если студент набрал в ходе сдачи экзамена не менее 150
баллов. С выносимыми на экзамен вопросами студенты имеют возможность
ознакомиться заранее.
5.2. Общие положения текущего контроля.
В течение десятого семестра для текущего контроля предусматривается 3
контрольных работы по материалам лекций с целью проведения рейтинговой
аттестации в конце каждого месяца (с 25 по 28 число). В расчете рейтинга идут
оценки отлично, хорошо, удовлетворительно. В рейтинг–листе перечисляются
разделы с указанием номеров лекций (темы лекций даны в календарном плане) и
«веса» разделов в баллах; оценка «отлично» соответствует сумма баллов
разделов, вошедших в контрольную, при оценке «хорошо» эта сумма умножается
Документ: /магистры/рабочая программа | Стр. 12 из 18
Дата разработки: 29.04.2016
Разработчик: Лопатин В.В.
Рабочая программа учебной дисциплины
«Физические процессы в вакууме, газах,
жидкостях и твердых телах при воздействии
электрических, тепловых и радиационных
полей»
РП ТПУ 7.3.3/ СДМ.02/
на коэффициент 0.75, оценка «удовлетворительно» соответствует коэффициент
0.50.
Лабораторные работы оцениваются по результатам защиты. Оценка в
баллах определяется по указанному выше принципу, сроки сдачи определены в
рейтинг–листе.
Работа на практических занятиях оценивается по результатам защиты задач.
Оценка в баллах определяется по указанному выше принципу, сроки сдачи
определены в рейтинг–листе.
В конце семестра при условии выполнения всех лабораторных и
практических работ студент набирает минимум баллов, необходимый для допуска
к сдаче экзамена, даже при наличии только одних удовлетворительных оценок. За
сдачу экзамена ставятся баллы в соответствии с положением рейтинговой
системы.
5.3. Вопросы рубежного контроля по дисциплине
«Физические процессы в вакууме, газах, жидкостях и твердых телах при
воздействии электрических, тепловых и радиационных полей»
1. Энергетические характеристики атомов. Строение атома. 4- квантовые числа.
2. Электроотрицательность, валентность. Энергия межатомных связей.
3. Ионная, ковалентная, металлическая, водородная связи.
4. Межмолекулярные взаимодействия, виды и характеристики.
5. Энергетическая структура зон у металлов, полупроводников, диэлектриков.
6. Строение газов и жидкостей, виды и строение твердых тел.
7. Структура кристаллических твердых тел.
8. Виды атомных дефектов в кристаллах.
9. Линейные, плоские и трехмерные дефекты.
10.Объемная и поверхностная электропроводность.
11.Контактные явления. Эмиссия электронов.
12.Ток абсорбции.
13.Носители зарядов в жидкостях. Электропроводность жидкостей.
14.Механизмы электропроводности (прыжковая, перколяционная, активационная
и поляронная).
15.Типы носителей заряда в конденсированных диэлектриках. Собственная и
примесная электропроводность.
16.Подвижность носителей заряда при различных механизмах электропереноса.
17.Ионная электропроводность твердых тел и ее характеристики.
18.Электронно-дырочная электропроводность в конденсированных диэлектриках.
19.Зависимости электропроводности от температуры и напряженности поля.
20.Перераспределение поля носителями заряда (влияние объемного заряда).
21.Поляризация как реакция диэлектрика на внешнее поле.
22.Комплексный характер диэлектрической проницаемости.
23.Упругие и релаксационные виды поляризации.
24.Схемы замещения диэлектриков.
Документ: /магистры/рабочая программа | Стр. 13 из 18
Дата разработки: 29.04.2016
Разработчик: Лопатин В.В.
Рабочая программа учебной дисциплины
«Физические процессы в вакууме, газах,
жидкостях и твердых телах при воздействии
электрических, тепловых и радиационных
полей»
РП ТПУ 7.3.3/ СДМ.02/
25.Миграционная поляризация в неоднородных (двухслойных и др.) диэлектриках
на низкой и высокой частоте.
26.Диэлектрические потери в разных средах. Фактор потерь.
27.Температурно-частотные зависимости диэлектрических потерь и
диэлектрической проницаемости.
28.Виды электрических разрядов в газах.
29.Элементарные процессы. Закон сохранения энергии.
30.Упругие и неупругие взаимодействия электрона с атомом и ионом.
Эффективное сечение взаимодействия.
31.Дрейфовое и диффузионное движение электронов и ионов в
низкотемпературной плазме газового разряда, амбиполярная диффузия.
32.Элементарные процессы, вызывающие возбуждение и ионизацию частиц в
плазме. Скорость процессов. Фото-, ударная и автоионизация.
33.Виды процессов рекомбинации ионов и электронов. Образование
отрицательных ионов в газах. Распад возбужденных частиц.
34.Несамостоятельный ток в газах. Влияние ионизационного усиления. Вольт –
амперная характеристика разных разрядов.
35.Зависимость коэффициента ударной ионизации от Е/Р.
36.Условие самостоятельности разряда.
37.Закон Пашена для пробивных напряжений. Разряды на правой и левой ветвях
кривой Пашена.
38.Коронный разряд. Вольт – амперная характеристика коронного разряда.
39.Импульсный разряд в газе. Время запаздывания пробоя.
40.Таунсендовский и стримерный разряды.
41.Лидерный разряд. Молния нисходящего разряда.
42.Основные закономерности пробоя вакуума.
43.Возникновение неустойчивостей как причина пробоя. Виды неустойчивостей.
44.Развитие тепловой неустойчивости.
45.Развитие доменной неустойчивости.
46.Развитие ионизационной и электромеханической неустойчивостей.
47.Вольт-секундные характеристики пробоя газов, жидкостей и твердых тел.
48.Влияние полярности, условий на электродах, длины промежутка на ЕПР
диэлектриков.
49.Влияние давления, температуры, плотности, площади и полярности
электродов, макроскопических примесей на электрическую прочность
жидкостей.
50.Причины зажигания разряда в жидкости.
51.Перекрытие изоляции в жидкости
52.Особенности теплового и электрического пробоя твердых диэлектриков.
53.Скользящий разряд по поверхности твердого диэлектрика.
54.Влияние температуры, толщины диэлектрика на пробивное напряжение и
эффект упрочнения в тонких слоях. Эффект полярности.
55.Частичные разряды в твердых диэлектриках.
Документ: /магистры/рабочая программа | Стр. 14 из 18
Дата разработки: 29.04.2016
Разработчик: Лопатин В.В.
РП ТПУ 7.3.3/ СДМ.02/
Рабочая программа учебной дисциплины
«Физические процессы в вакууме, газах,
жидкостях и твердых телах при воздействии
электрических, тепловых и радиационных
полей»
56.Причины старения твердых диэлектриков при длительном приложении
напряжения и их характеристика.
57.«Кривая жизни» – зависимость t = f(U) и зависимость UПР = f(t). Их назначение
(Здесь t – время до пробоя).
5.4. Образцы экзаменационных билетов по курсу «Физические процессы в
вакууме, газах, жидкостях и твердых телах при воздействии электрических,
тепловых и радиационных полей»
Экзаменационный билет №3
1. Эффективное сечение взаимодействия.
2. Миграционная поляризация в неоднородных диэлектриках на низкой и
высокой частоте.
3. Частичные разряды в твердых диэлектриках.
Экзаменационный билет №10
1. Диффузионное движение электронов и ионов в низкотемпературной
плазме газового разряда.
2. Перераспределение поля носителями заряда (влияние объемного заряда).
3. Основные закономерности пробоя вакуума.
Экзаменационный билет №9
1. Физические процессы в коронном разряде.
2. Виды поляризации. Схемы замещения диэлектриков.
3. Перекрытие изоляции в жидкости.
6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
6.1. Перечень электрофизических установок, используемых для
проведения лабораторных работ:
6.1.1 Установка для изучения электрических разрядов в атмосферном
воздухе.
6.1.2. Установка для изучения закона Пашена.
6.1.3. Установка для исследования эффекта полярности.
6.1.4. Компьютеры
Pentium4 со специализированным программным
обеспечением для моделирования процессов.
6.2. Литература
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА:
Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной
техники. Высшая школа 1986.(Лань 2003)
2. Киттель. Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1989.
1.
Документ: /магистры/рабочая программа | Стр. 15 из 18
Дата разработки: 29.04.2016
Разработчик: Лопатин В.В.
Раздел
2-4
2
Рабочая программа учебной дисциплины
«Физические процессы в вакууме, газах,
жидкостях и твердых телах при воздействии
электрических, тепловых и радиационных
полей»
РП ТПУ 7.3.3/ СДМ.02/
3. Павлов П.В. Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. М., ВШ, 2000
4. Воробьев Г.А., Похолков Ю.П., Королев Ю.Д., Меркулов В.И.
Физика диэлектриков. Область сильных полей. ТПУ, 2003, 244 с.
5. Мотт Н., Девис Э. Электронные процессы в некристаллических
веществах. М.: Мир, т.1,2. 1982
6. Фистуль В.И. Физика и химия твердого тела. Учебник для
Вузов в 2х томах. М., Металлургия, 1995.
7. Тареев Б.М. Физика диэлектрических материалов. Энергоиздат
1982.
8. Рез И.С., Поплавко Ю.М. Диэлектрики, их основные свойства
и применение в электронике. –М.: Радио и связь, 1989.
9. Сканави Г.И. Физика диэлектриков (область слабых полей).
М.: Гостехиздат, 1949.
10.Сканави Г.И. Физика диэлектриков (область сильных полей).
ГИФМЛ, 1958.
11. Техника высоких напряжений. Под редакцией Кучинского Г.С.
Энергоатомиздат С.П-г., 2003, - 606 с.
12.Базелян Э.М., Райзер Ю.П. Искровой разряд. М.: Изд-во
МФТИ, 1997, - 320 с.
13.Базелян Э.М., Ражанский И.М. Искровой разряд в воздухе.
Наука 1988.
14. Королев Ю.Д., Месяц Г.А. Физика импульсного пробоя газов.
Наука 1991.
15.Лозанский Э.Д., Фирсов О.Б. Теория искры. Атомиздат 1975.
16.Орешкин П.Т. Физика полупроводников и диэлектриков.
Высшая школа 1977.
17. Ретер Г. Электронные лавины и пробои в газах. Мир 1968.
18.Борисова М.А., Койков С.Н. Физика диэлектриков: ЛГУ, 1979.
19.Техника высоких напряжений. Под редакцией Костенко М.В.
Л. Энергия. 1973.
20.Ушаков В.Я., Климкин В.Ф., Лопатин В.В. Пробой жидкостей
при импульсном напряжении. Томск, 2005, - 488 с.
21.Райзер Ю.П. Физика газового разряда. –М.: Наука, 1987, 536с.
22.Сливков Н.И. Процессы при высоком напряжении в вакууме. –
М.: Энергоатомиздат 1986, 256с.
23.Вершинин Ю.Н. Электронно-тепловые и детонационные
процессы при электрическом пробое твердых диэлектриков.
Екатеринбург, 2000,- 258 с
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА:
24.Адамчевский И.А. Электрическая проводимость жидких
диэлектриков. Л., Энергия, 1972.
25. Богородицкий Н.П., Волокобинский Ю.М., Воробьев А.А.,
Документ: /магистры/рабочая программа | Стр. 16 из 18
Дата разработки: 29.04.2016
Разработчик: Лопатин В.В.
2
2-6
3
2-4
2-5
4
2
7-10
2-10
6-7
6-7
6-7
6-7
2-5
6-7
2-5
8,10
9
6-7
7
8,10
3,9
2-7
8,10
Рабочая программа учебной дисциплины
«Физические процессы в вакууме, газах,
жидкостях и твердых телах при воздействии
электрических, тепловых и радиационных
полей»
РП ТПУ 7.3.3/ СДМ.02/
Тареев Б.М. Теория диэлектриков. М.: Госэнергоиздат, 1965.
26.Базуткин В.В., Ларионов В.И., Пинталь Ю.С. Техника высоких
напряжений в электроэнергетике. Энергоатомиздат 1986.
27.В. Франц. Пробой диэлектриков. НИЛ, 1961.
28.Ушаков В.Я. Изоляция установок высокого напряжения.
Энергоатомиздат 1994.
29. Губкин А.Н . Физика диэлектриков. Высшая школа 1971.
30.Латам Р. Вакуумная изоляция установок высокого напряжения.
Энергоатомиздат 1985.
31.Грановский В.Л. Установившийся ток в газе. –М.: Наука, 1983.
32.Кучинский Г.С. Изоляция установок высокого напряжения. –
М.: Энергоатомиздат 1987, 450с.
33.Мирдель Г. Электрофизика. – М.: Мир 1972, 608с.
Документ: /магистры/рабочая программа | Стр. 17 из 18
Дата разработки: 29.04.2016
Разработчик: Лопатин В.В.
9,10
9,10
4
7
6,7
7-10
2-5