Экспериментальные методы исследования жидкостей и газов

Министерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный университет
физический факультет
УТВЕРЖДАЮ
декан факультета
________________ А.С. Чирцов
ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
СДМ. В. 511676.02 "«Экспериментальные
методы исследования жидкостей и
газов»
Направление 511600 – Прикладные математика и физика
Магистерская программа 511676 – "Электрофизика"
Разработчик:
профессор, докт.физ.-мат.наук __________________________ Стишков Ю.К.
Рецензент:
профессор, доктор физ. - мат. наук__________ Ключарев А.Н.
Санкт-Петербург
2003
1
Министерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный университет
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
__________________________
«____»______________2003 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
" «Экспериментальные методы исследования жидкостей и
газов»
Рекомендовано Методическим советом СПбГУ
для студентов дневной формы обучения физического
факультета
направления 511600 – Прикладные математика и физика
Магистерской программы 511676 – Электрофизика
Санкт-Петербург
2003
2
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным
стандартом высшего профессионального образования ГОС–2000 от 10 марта
2002 г., №123 ЕН/МАГ и учебным планом по направлению подготовки 511600 –
Прикладные математика и физика, магистерской программы 511676 –
Электрофизика.
Программу составил:
Стишков Юрий Константинович, д. ф.-м. н., профессор, профессор кафедры
радиофизики.
Программа одобрена на заседании кафедры радиофизики
«___»___________2003 г., протокол №___________ .
Заведующий кафедрой ____________________ Н.Н.Зернов
Программа одобрена на заседании Методической комиссии физического
факультета «_____»____________2003 г., протокол №___________ .
Председатель Методической комиссии ______________________А.П. Гринин
АННОТАЦИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина «Экспериментальные методы исследования жидкостей и газов»
посвящена изучению методов и устройств для исследования электрофизических
свойств жидких диэлектриков и газов. Студенты изучают различные методы
исследования электрического поля и объемного электрического заряда. Особое
место занимают авторские методы исследования и компьютерной обработки
экспериментов по исследованию ЭГД-течений. Рассматриваются ЭГДтехнологии и устройства.
1. Цели и задачи дисциплины.
Целью данного курса является знакомство студентов с основными
экспериментальными методами исследования жидкостей и газов, в том числе
под воздействием высоких напряжений. В процессе изучения данной
дисциплины студенты получают представление о технике высоких напряжений:
высоковольтных источниках напряжения, средствах измерения напряжений и
токов основных электрофизических характеристиках жидких диэлектриков:
диэлектрической проницаемости и электрической проводимости. Дается
представление об объемном электрическом заряде, методах его измерения и его
влиянии на распределение электрического поля в среде. Рассматриваются
различные методы и установки, использующиеся для исследования
распределений электрического поля в предпробойной области напряжений,
когда влияние объемного заряда весьма существенно. Студенты изучают
различные экспериментальные методы исследования ЭГД-течений и методы
компьютерной обработки экспериментальных результатов. Рассмотрены
некоторые способы реализации конкретных ЭГД-устройств и технологий, а
также конкретные примеры их реализации.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
Студент должен:
3
–
–
–
знать содержание дисциплины «Экспериментальные методы
исследования жидкостей и газов»;
уметь грамотно формулировать и решать конкретные задачи по
исследованию электрофизических свойств жидкостей и газов;
иметь достаточно полное представление о возможностях
применения ее методов в различных прикладных задачах: по
экспериментальному исследованию ЭГД насосов, фильтров,
устройств дозирования жидкости и др.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы
Всего
Семестры
Виды учебной часов
1–й год
2–й год
работы
(не магистратуры
менее
магистратур
)
ы
I(IX) II(X) III(XI) IV(XII
)
Общая
44
44
трудоемкость
дисциплины
Аудиторные
32
32
занятия
Лекции
32
32
Лабораторные
–
–
работы и
практические
занятия (ЛР и
ПЗ)
12
12
Самостоятельная
работа
Вид итогового
зачет
контроля (зачет,
экзамен)
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№
п/п
Раздел дисциплины
Лекции С ЛР
и
ПЗ
1 Задачи и цели экспериментальных
исследований жидких диэлектриков и
газов.
2
1
2 Техника высокого напряжения.
3 Методы измерения высокого
2
4
1
2
4
напряжения и малых токов.
4 . Электрическая проводимость
жидких диэлектриков в слабых и
сильных полях.
2
1
5 Подвижности ионов и методы ее
измерения.
6. Диффузия. Виды диффузии. Методы
измерения коэффициентов диффузии.
2
1
2
1
7 Методики измерения
диэлектрической проницаемости и
диэлектрических потерь.
8 Зондовые исследования
распределения потенциала
9 Эффекта Керра. Методы
исследования распределений
электрического поля.
2
1
2
1
4
2
2
1
4
2
2
1
2
1
10 Объемный электрический заряд и
методы его измерения..
11 Методы исследования структуры
электрогидродинамических течений.
12 Электрогидродинамические и
электрогазодинамические технологии
и устройства
13. Методы определения пробивной
прочности жидких диэлектриков.
4.2 Содержание разделов дисциплины:
1. Задачи и цели экспериментальных исследований жидких диэлектриков и
газов.
2. Техника высокого напряжения.
Рассматриваются различные методы получения высокого напряжения и
варианты их реализации. Источники постоянного напряжения и импульсные
источники.
3. Методы измерения высокого напряжения и малых токов.
Рассматриваются различные методы измерения высоких напряжений и малых
токов и приборы для их реализации. Приводятся способы оцифровки
измерительных результатов.
4. Электрическая проводимость жидких и газообразных диэлектриков в слабых
и сильных полях.
5
Методы измерения проводимости. Методы и приборы для определения
электропроводности жидких и газообразных диэлектриков. Примеси в
жидкости, их влияние на проводимость диэлектриков и пробой
межэлектродного промежутка. Методы очистки жидкости; определение
чистоты жидкости. Химическая очистка. Дистилляция. Метод зонной плавки.
5. Подвижности ионов и методы ее измерения.
Установки для изучения подвижности ионов. Зависимость подвижности от
напряженности электрического поля.
6. Диффузия. Виды диффузии.
Методы измерения коэффициентов диффузии. Диффузионный потенциал
Вязкость. Экспериментальные методы определения вязкости.
Экспериментальное определение зависимости подвижности от вязкости.
Изменение подвижности в очень вязкой жидкости.
7. Диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери.
Методики измерения диэлектрической проницаемости и диэлектрических
потерь.
а) в области низких частот;
б) в области высоких частот.
8. Зондовые исследования распределения потенциала.
Прямой и компенсационный методы измерений. Зондовые методы
исследования коронного разряда. Особенности исследования приэлектродных
областей в жидких диэлектриках. Использование электрометров в зондовых
измерениях.
9. Эффекта Керра.
Физический механизм двойного лучепреломления в электрическом поле.
Эффект Кэрра в жидкостях и газах. Методы исследования распределений
напряженности электрического поля в жидкостях и газах. Варианты установок
для исследования электрического поля в неполярных жидких диэлектриках.
10. Объемный электрический заряд и методы его измерения.
Условия существования объемного электрического заряда и
методы его измерения. Капельный метод исследования объемного заряда
в жидких диэлектриках. Границы применимости метода. Исследование
зарядообразования в приэлектродной области капельным методом.
11. . Методы исследования структуры электрогидродинамических
течений.
Полутеневые методы исследования. Установки Теплера. Метод
визуализирующих частиц, условия применимости и варианты реализации.
Визуализация течений воздушными пузырьками. Введение пузырьков в
жидкость в условиях сильных электрических полей. Установки для
исследования ЭГД-течений. Различные варианты регистрации течений. Ввод
данных эксперимента в компьютер. Методы компьютерной обработки
экспериментов по исследованию ЭГД-течений. Нелинейный оптико-
6
электрогидродинамический эффект и его применение для исследования ЭГДтечений.
12 Электрогидродинамические и электрогазодинамические
технологии и устройства.
Рассматриваются различные способы создания ЭГД-насосов и
варианты их реализации. Электрогидродинамические и
электрогидроаккустические преобразователи. Методы сепарации примесей и
конструкции ЭГД-сепараторов. Методы ионизации газов и варианты реализации
ионизаторов. Особое внимание уделено электрокаплеструйным технологиям.
13. Методы определения пробивной прочности жидких
диэлектриков.
5. Рекомендуемая литература.
1. Адамчевский И. Электрическая проводимость жидких диэлектриков.
Энергия, 1972.
2. Вукс М.Ф. Электрические и оптические свойства молекул и
конденсированных
сред. Изд-во ЛГУ, 1984.
3. Базуткин В.В., Ларионов В.П., Пинталь Ю.С. Техника высоких
напряжений//Под общ. Ред. В.П. Ларионова. -3е изд. М. Энергоиздат, 1986.
4. Кучинский Г.С., Кизеветтер, В.Е., Пинталь Ю.С. Изоляция установок
высокого напряжения/ Под. Общ. Ред. Г.С. Кучинского. М. Энергоатомиздат,
1987.
5. Остроумов Г.А. Взаимодействие электрических и гидродинамических полей.
М.: Наука,1979. 319 с.
6. Борисова М.Э., Койков С.Н. Физика диэлектриков. Изд-во ЛГУ, 1979.
7. Болога М.К., Гроссу Ф.П., Кожухарь И.А. Электроконвенция и
теплообмен.Кишинев, 1977.
8. Стишков Ю.К., Остапенко А.А. Электрогидродинамические течения в
жидких диэлектриках. Изд-во ЛГУ, 1989.
9. Васильев Л.А. Теневые методы. М.: Наука, 1968. 400 с.
10.Бортник М.М. Верещагин И.П. и др. Электрофизические основы техники
высоких напряжений. Учебник для ВУЗов. М.: Энергоатомиздат, 1993. 542 с.
11. Стишков Ю.К., Павлейно
М.А. Компьютерная
обработка экспериментов в
электрогидродинамике.
Учебно-методическое
пособие для студентов
физического факультета, Изво СПбГУ, 2000,
12. Стишков Ю.К.
Исследование
электрогидродинамических
эффектов при помощи
нелинейного оптического
эффекта. Учебно-
7
методическое пособие для
студентов физического
факультета, Из-во СПбГУ,
2000.
13. Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики
жидкостей. Сборники докладов 1-7 Международных конференций. Г. СПетербург.
14. И.П. Верещагин.
Коронный разряд в
аппаратах электронноионной технологии. //
Энергоатомиздат. Москва.
1985г.
6. Средства обеспечения освоения дисциплины.
Наличие читальных залов и современного библиотечного фонда (включая
электронный доступ к современным научным журналам). Наличие
компьютерных классов, объединенных в локальную вычислительную сеть с
выходом в Интернет, с персональными рабочими местами для каждого
студента, в том числе для самостоятельных и дополнительных факультативных
занятиях с соотношением не более 8 рабочих студенческих мест на одного
преподавателя (консультанта). Использование на занятиях (в том числе
самостоятельных) компьютеров с характеристиками не ниже Pentium III с
установленными операционными системами WindowsXP и соответствующими
пакетами прикладных программ. Имеются методические пособия.
7. Материально–техническое обеспечение дисциплины.
Стандартные лекционные аудитории; аудитории, оборудованные средствами
мультимедиа; компьютерные классы, оснащенные необходимым программным
обеспечением. Лекционный курс частично представлен в электронном виде в
формате Word документа. Лекции проводятся с использованием
мультимедийного проектора. В лекциях используются видеоматериалы по
экспериментальному исследованию ЭГД-течений, а также оригинальные
программы обработки экспериментальных данных. Наличие доступа в
лаборатории, оснащенные современным оборудованием и возможность
реальной практической работы студентов на этом оборудовании в ходе
самостоятельной учебной работы. Обеспеченность учебниками, учебнометодическими пособиями и доступом студентов к компьютерным классам,
информационным ресурсам, в том числе к Интернету.
8. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.
К обучению студентов привлекаются только преподаватели, имеющие ученые
степени, активно работающие в различных областях прикладной математики и
физики и других разделах современного естествознания и имеющие публикации
в центральных отечественных и зарубежных научных журналах, обладающие
высокой научной квалификацией и профессиональными знаниями.
8