.



ОБЪЁМ УЧЕБНОЙ НАГРУЗКИ И ВИДЫ ОТЧЁТНОСТИ.

Вариативная часть, в т.ч. :	__2__ зач. ед.
Лекции	_34_ часа
Практические занятия	__-__ часов
Лабораторные работы	__-__ часов
Индивидуальные занятия с преподавателем	__-__ часов
Самостоятельные занятия, включая подготовку курсовой работы	_34_ часа
Мастер- классы, индивидуальные и групповые Консультации	__-__ часов
Самостоятельные занятия (работа над коллективными и индивидуальными проектами, курсовые работы)	__-__ часов
ВСЕГО	68 часов (2 зач. ед.)
Итоговая аттестация	Диф. зачет: 9 семестр

1. 
   ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ
   

Целью освоения дисциплины «Экспериментальная магнитная гидродинамика» является изучение основных методов диагностики и средств создания плазменных потоков, движущихся в магнитном поле.

Задачами данного курса являются:

• 
  изучение методов создания магнитных полей, и плазменных потоков;
  
• 
  изучение методов диагностики газодинамических параметров (плотности плазмы, давления на стенки, поля скоростей, электропроводности);
  
• 
  изучение методов измерения электромагнитных параметров (плотности тока, напряженности электрического и магнитного полей);
  
• 
  методические и инструментальные ошибки при таких измерениях;
  
• 
  методы преодоления наводок в сильноточных установках.
  

2. 
   Место дисциплины в структуре ООП МАГИСТРАТУРЫ
   

Дисциплина «Экспериментальная магнитная гидродинамика» включает в себя разделы, которые могут быть отнесены к профессиональному циклу М.2.

Дисциплина «Экспериментальная магнитная гидродинамика» базируется на материалах курсов бакалавриата: базовая и вариативная часть кода УЦ ООП Б.2 (математический естественнонаучный блок) по дисциплинам «Высшая математика» (математический анализ, высшая алгебра, дифференциальные уравнения и методы математической физики), блока «Общая физика» и региональной составляющей этого блока и относится к профессиональному циклу. Освоение курса необходимо для разносторонней подготовки магистров к профессиональной деятельности, включающей как проведение фундаментальных исследований, так и постановку и решение инженерных задач.

3. 
   Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
   

Освоение дисциплины «Экспериментальная магнитная гидродинамика» направлено на формирование следующих общекультурных и общепрофессиональных интегральных компетенций магистрата:

а) общекультурные (ОК):

• 
  компетенция самообразования и самоорганизации: способность и стремление к совершенствованию и развитию своего интеллектуального и общекультурного уровня, умение эффективно организовывать свою деятельность и достигать поставленные цели (ОК-1);
  
• 
  компетенция профессиональной мобильности: способность к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности (ОК-2);
  
• 
  компетенция получения знаний и использования новой информации: способность самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать на практике новые знания и умения, способность интегрировать новую информацию в уже имеющуюся систему знаний и применять её, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ОК-3);
  
• 
  компетенция адаптивности и социальной ответственности в принятии решений: способность быстро адаптироваться к изменению ситуации и принимать социально ответственные решения, способность проявлять инициативу, в том числе в ситуациях риска, брать на себя всю полноту ответственности за принятие решения (ОК-7);
  
• 
  компетенция свободного пользования русским и иностранным языками, как средством делового общения), включая способность применять навыки письменной и устной коммуникаций на русском и английском языках на уровне, достаточном для профессионального и бытового общения (ОК-8);
  

профессиональные (ПК):

• 
  способность к пониманию важности воздействия внешних факторов, и их учёта в ходе исследований и разработок (ПК-2);
  
• 
  способность применять основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования в физике, химии, экологии, других естественных и социально-экономических науках (ПК-3);
  
• 
  способность к выявлению сущности задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и привлечению соответствующего физико-математического аппарата для их решения (ПК-4);
  
• 
  компетенция владения подходами и методами по совершенствованию информационно-коммуникационных технологий: способность применять подходы и методы совершенствования информационно-коммуникационных технологий в избранной предметной области (по программе специализированной подготовки магистра в рамках основной образовательной программы) (ПК-5);
  
• 
  способность самостоятельно работать на компьютере на уровне квалифицированного пользователя, применять информационно-коммуникационные технологии для обработки, хранения, представления и передачи информации с использованием универсальных пакетов прикладных программ, знание общих подходов и методов по совершенствованию информационно-коммуникационных технологий (ПК-6);
  
• 
  способность представлять планы и результаты собственной деятельности с использованием различных средств, ориентируясь на потребности аудитории, в том числе в форме отчётов, презентаций, докладов на русском и английском языках (ПК-7).
  

4. 
   конкретные Знания, умения и навыки, формируемые в результате освоения дисциплины
   

В результате освоения дисциплины «Экспериментальная магнитная гидродинамика» обучающийся должен:

1. 
   Знать:
   

• 
  фундаментальные понятия, законы, теории классической и современной физики;
  

• 
  порядки численных величин, характерные для различных разделов физики;
  
• 
  способы преобразования неэлектрических величин в электрические сигналы;
  
• 
  конкретные методические ошибки при измерениях этих величин в магнитной гидродинамике.
  

2. 
   Уметь:
   

• 
  абстрагироваться от несущественного при моделировании реальных физических ситуаций;
  
• 
  пользоваться своими знаниями для решения фундаментальных, прикладных и технологических задач;
  
• 
  делать правильные выводы из сопоставления результатов теории и эксперимента;
  
• 
  производить численные оценки по порядку величины;
  
• 
  делать качественные выводы при переходе к предельным условиям в изучаемых проблемах;
  
• 
  видеть в технических задачах физическое содержание;
  
• 
  работать на современном, в том числе и уникальном экспериментальном оборудовании;
  
• 
  использовать полученные знания для оценки качества получаемой экспериментальной информации.
  

3. 
   Владеть:
   

• 
  навыками освоения большого объема информации;
  
• 
  навыками самостоятельной работы в лаборатории и Интернете;
  
• 
  навыками грамотной обработки результатов экспериментов и сопоставления с теоретическими и литературными данными;
  
• 
  основами экспериментального искусства получения достоверной информации.
  

5. 
   Структура и содержание дисциплины
   
   1. 
      Структура преподавания дисциплины
      

Перечень разделов дисциплины и распределение времени по темам

№ темы и название	Количество часов
1. Требования к экспериментальному оборудованию и диагностика плазменных потоков	22
2. Измерение основных параметров плазменных потоков	22
3. Особенности эксплуатации современных экспериментальных стендов для изучения плазменных потоков	24
ВСЕГО (зач. ед. (часов))	68 часов (2 зач. ед.)

Лекции:

№ п.п.	Темы	Трудоёмкость (количество часов)
1	Классификация МГД установок. Физические процессы, исследуемые в магнитной гидродинамике. Диапазоны измеряемых магнитогидродинамических величин. Примеры постановки исследований в прикладной магнитной гидродинамике. Проблемы согласования расчетных и экспериментальных данных.	3
2	Типичные блок-схемы измерительных устройств. Влияние согласования элементов измерительных устройств на искажение сигналов и точность измерений. Эквивалентные схемы основных элементов блок-схем. Переходные и частотные характеристики. Основные правила согласования в измерительных устройствах и характерные искажения сигналов при рассогласовании. Элементы импульсной техники	3
3	Методы фоторегистрации и покадровой съемки. Сверхскоростная фоторегистрация. Синхронизация СФР-съемки с сигналами электронной регистрирующей аппаратуры. Быстродействующие механические и взрывные затворы. Некоторые специальные системы, расширяющие возможности механических оптических камер. Электронно-оптические системы. Преимущества и особенности ЭОП. Однокадровые и многокадровые ЭОП. Применение ЭОП для регистрации контуров спектральных линий. Промышленные приборы.	3
4	Мембранные датчики. Пьезодатчики, особенности включения в схему измерений и тарировка. Измерение скорости пьезодатчиками и ионизационными зондами. Пьезодатчик, экранированный от переменных магнитных полей. Пьезодатчик, гальванически изолированный от плазмы.	3
5	Теневой метод. Шлирен-метод Теплера. Источники подсветки. Трассирование плазменных потоков электронным пучком и альфа-частицами. Измерение плотности плазмы по поглощению рентгеновских лучей. Оптическая интерферометрия плазмы. Метод двух длин волн для измерения электронной концентрации и скорости звука.	3
6	Электродный метод. Метод измерения электропроводности по изменению добротности L-C - контура. Метод вытеснения стационарного магнитного поля. Методические и инструментальные погрешности измерений.	2
7	Применение термоанемометра. Болометрические датчики. Термопарные быстродействующие датчики. Калориметрические измерители полной энтальпии плазмы. Обработка результатов измерений тепловых потоков.	2
8	Некоторые особенности измерений и обработки при измерениях с целью оценки энергетических характеристик МГД-процессов. Измерения стационарных и индуцированных магнитных полей. Измерение плотности тока в плазме поясами Роговского. Измерение мощных токов в разрядных цепях. Измерение напряженности электрического поля в плазме и импульсных напряжений.	3
9	Ударные трубы. Основные закономерности процессов. Диафрагменные и электроразрядные ударные трубы. Подогревные ударные трубы. Ударные трубы с применением взрывчатых веществ. Двухступенчатые ударные трубы. Основные результаты плазмофизических и МГД-исследований, полученные на ударных трубах. Плазмотроны.	3
10	Схемы формирования мощных импульсов тока и напряжения для питания генераторов плазмы. Синхронизация и управление установками. Элементы автоматизации с помощью ЭВМ. Типы основных электронных приборов и их характеристики. Некоторые специальные магнитогидродинамические и плазмофизические устройства, использующие экстремальные электрические токи и напряжения. Получение мегагаусных магнитных полей.	3
11	Характерные значения измеряемых сигналов и токов в основных цепях установок. Влияние пульсации цепей питания приборов. Наводки от радио и видеочастотных сигналов. Наводки от “вынесенного” потенциала. Организация измерений с изоляцией датчиков относительно плазмы с высоким потенциалом. Характерные особенности измерений в замагниченной плазме. Наводки, распространяемые по цепям заземления. Сводка основных правил при измерениях в условиях помех. Высокочастотные и оптронные развязки.	3
12	Основные сведения по электронике, необходимые экспериментатору. Частотные и переходные характеристики L -R, R - C и L - C цепей. Широкополосные усилители сигналов. Схемы формирования импульсных сигналов различной формы. Устройство и работа импульсного осциллографа. Схемы синхронизации и задержки импульсов. Применение аналого-цифровых преобразователей и ЭВМ для регистрации и обработки сигналов. Практическая демонстрация диагностических устройств, рассмотренных на лекциях.	3
ВСЕГО ( зач. ед.(часов))		34 часа (1 зач. ед.)

Самостоятельная работа:

№ п.п.	Темы	Трудоёмкость (количество часов)
1	Классификация МГД установок. Физические процессы, исследуемые в магнитной гидродинамике.Диапазоны измеряемых магнитогидродинамических величин. Примеры постановки исследований в прикладной магнитной гидродинамике. Проблемы согласования расчетных и экспериментальных данных.	3
2	Типичные блок-схемы измерительных устройств. Влияние согласования элементов измерительных устройств на искажение сигналов и точность измерений. Эквивалентные схемы основных элементов блок-схем. Переходные и частотные характеристики. Основные правила согласования в измерительных устройствах и характерные искажения сигналов при рассогласовании. Элементы импульсной техники	3
3	Методы фоторегистрации и покадровой съемки. Сверхскоростная фоторегистрация. Синхронизация СФР-съемки с сигналами электронной регистрирующей аппаратуры. Быстродействующие механические и взрывные затворы. Некоторые специальные системы, расширяющие возможности механических оптических камер. Электронно-оптические системы. Преимущества и особенности ЭОП. Однокадровые и многокадровые ЭОП. Применение ЭОП для регистрации контуров спектральных линий. Промышленные приборы.	3
4	Мембранные датчики. Пьезодатчики, особенности включения в схему измерений и тарировка. Измерение скорости пьезодатчиками и ионизационными зондами. Пьезодатчик, экранированный от переменных магнитных полей. Пьезодатчик, гальванически изолированный от плазмы.	3
5	Теневой метод. Шлирен-метод Теплера. Источники подсветки. Трассирование плазменных потоков электронным пучком и альфа-частицами. Измерение плотности плазмы по поглощению рентгеновских лучей. Оптическая интерферометрия плазмы. Метод двух длин волн для измерения электронной концентрации и скорости звука.	3
6	Электродный метод. Метод измерения электропроводности по изменению добротности L-C - контура. Метод вытеснения стационарного магнитного поля. Методические и инструментальные погрешности измерений.	2
7	Применение термоанемометра. Болометрические датчики. Термопарные быстродействующие датчики. Калориметрические измерители полной энтальпии плазмы. Обработка результатов измерений тепловых потоков.	2
8	Некоторые особенности измерений и обработки при измерениях с целью оценки энергетических характеристик МГД-процессов. Измерения стационарных и индуцированных магнитных полей. Измерение плотности тока в плазме поясами Роговского. Измерение мощных токов в разрядных цепях. Измерение напряженности электрического поля в плазме и импульсных напряжений.	3
9	Ударные трубы. Основные закономерности процессов. Диафрагменные и электроразрядные ударные трубы. Подогревные ударные трубы. Ударные трубы с применением взрывчатых веществ. Двухступенчатые ударные трубы. Основные результаты плазмофизических и МГД-исследований, полученные на ударных трубах. Плазмотроны.	3
10	Схемы формирования мощных импульсов тока и напряжения для питания генераторов плазмы. Синхронизация и управление установками. Элементы автоматизации с помощью ЭВМ. Типы основных электронных приборов и их характеристики. Некоторые специальные магнитогидродинамические и плазмофизические устройства, использующие экстремальные электрические токи и напряжения. Получение мегагаусных магнитных полей.	3
11	Характерные значения измеряемых сигналов и токов в основных цепях установок. Влияние пульсации цепей питания приборов. Наводки от радио и видеочастотных сигналов. Наводки от “вынесенного” потенциала. Организация измерений с изоляцией датчиков относительно плазмы с высоким потенциалом. Характерные особенности измерений в замагниченной плазме. Наводки, распространяемые по цепям заземления. Сводка основных правил при измерениях в условиях помех. Высокочастотные и оптронные развязки.	3
ВСЕГО ( зач. ед.(часов))		34 часа (1 зач. ед.)

2. 
   
   
3. 
   
   
4. 
   
   
5. 
   
   
6. 
   
   
7. 
   
   
8. 
   Содержание дисциплины
   

№ п/п	Название модулей	Разделы и темы лекционных занятий	Содержание	Объем
				Аудиторная работа (часы)	Самостоятельная работа (часы)
1	I ТРЕБОВАНИЯ К ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМУ ОБОРУДОВАНИЮ И ДИАГНОСТИКА ПЛАЗМЕННЫХ ПОТОКОВ	Основные понятия физики высоких давлений	Введение. Научный метод познания – от эксперимента к теории и практическим применениям. Построение курса: экспериментальные методы, строгие теории, их объединение в модельных уравнениях состояния. Мотивация изучения уравнения состояния вещества. Системные и несистемные единицы измерений.	1	1
2		Статические методы исследований.	Общий анализ фазовой диаграммы. Наковальни Бриджмена, устройства изучения Р-Т диаграмм, алмазные наковальни. Лазерные алмазные наковальни.	4	4
3		Электрический взрыв проводников.	Изобарическое расширение. Взрыв в конечный объем. Плазменный изохорический генератор.	2	2
4		Метод ударного сжатия	Законы Гюгонио. Методы торможения и отражения. Генераторы ударных волн. Сверхвысокие давления, проблема эталона. Измерения фазовых переходов. Ударное сжатие пористого вещества. Метод изэнтропического расширения. Восстановление термодинамического потенциала по данным ударноволновых измерений.	4	4
5	II ИЗМЕРЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЕННЫХ ПОТОКОВ	Сопоставление экспериментальных методов.	Особенности методов, погрешности, область применимости. Выводы.	1	1
6		Теоретические методы расчета свойств твердого тела	Типы кристаллических решеток, о.ц.к. и г.ц.к. решетки, понятие решетки Бравэ, ячейки Вигнера-Зейтца. Общие свойства для периодических решеток, граничные условия, число состояний, зонный спектр. Приближение сильной связи. Приближение слабой связи. Метод ячеек, MT – потенциал. Метод присоединенных плоских волн. Метод гриновских функций RRH (Корринга-Кон-Ростокер). Метод ортогонализованных плоских волн. Метод функционала плотности.	5	5
7		Модели плазмы	Метод Томаса-Ферми	2	2
8		Модели жидкого состояния	Понятия парной корреляционной функции и структурного фактора. Интегральные уравнения Борна-Грина-Ивона, Перкуса-Иевика, гиперцепное приближение, решение уравнения Перкуса-Иевика для потенциала твердых и мягких сфер.	3	3
9	III ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СОВРЕМЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ СТЕНДОВ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПЛАЗМЕННЫХ ПОТОКОВ	Сопоставление теоретических методов	Методические особенности, область применимости. Выводы.	1	1
10		Методы расчета твердой фазы	Модели Эйнштейна и Дебая твердого тела. УРС Ми-Грюнайзена, связь коэффициента Грюнайзена с параметрами кривой упругого сжатия. Потенциалы Борна-Майера, Берча-Мурнагана, Морзе; проблема описания сильносжатых состояний при T=0 К.	4	4
11		Учет эффектов ангармонизма тепловых колебаний атом и электронов проводимости	Плавление, учет плавления в моделях уравнения состояния, критерии плавления, учет эффектов ангармонизма тепловых колебаний атомов решетки по Кормеру, способы описания жидкой фазы. Термодинамика электронной компоненты в различных областях фазовой диаграммы	4	4
12		Табличные уравнения состояния	Математические и физические требования к уравнениям состояния. Аппроксимационные УРС. Способы построения табличных УРС. Глобальные УРС, проблема термодинамической согласованности..	1	1

6. 
   Образовательные технологии
   

№ п/п	Вид занятия	Форма проведения занятий	Цель
1	лекция	изложение теоретического материала	получение теоретических знаний по дисциплине
2	лекция	изложение теоретического материала с помощью презентаций	повышение степени понимания материала
3	лекция	решение задач по заданию (индивидуальному где требуется) преподавателя– решаются задачи, выданные преподавателем по итогам лекционных занятий и сдаются в конце изучения темы, используются учебники, рекомендуемые данной программой	осознание связей между теорией и практикой, а также взаимозависимостей разных дисциплин
4	самостоятельная работа студента	подготовка к диф. зачету	повышение степени понимания материала

7. 
   Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
   

Контрольно-измерительные материалы

Перечень контрольных вопросов для сдачи диф. зачета в 9-ом семестре.

1. 
   Предельные токи и напряжения в природе и в экспериментах.
   
2. 
   Перечень импульсных накопителей и преобразователей, принцип работы.
   
3. 
   Способы создания экстремальных условий с помощью электрофизических установок.
   
4. 
   Проблемы согласования расчетных и экспериментальных данных в магнитной гидродинамике.
   
5. 
   Эквивалентные схемы основных элементов блок-схем измерительных устройств, переходные и частотные характеристики.
   
6. 
   Методы фотографической регистрации плазменных потоков.
   
7. 
   Методы измерения давления в движущейся плазме.
   
8. 
   Методы измерения плотности плазменных потоков.
   
9. 
   Измерение электропроводности движущейся плазмы.
   
10. 
    Тепловые потоки на стенки МГД-каналов. Обработка результатов измерений тепловых потоков.
    
11. 
    Измерения стационарных и индуцированных полей в потоке плазмы.
    
12. 
    Получение мощных плазменных потоков в ударных трубах. Плазмотроны.
    
13. 
    Схемы формирования мощных импульсов тока и напряжения для питания генераторов плазмы.
    
14. 
    Способы получения мегагаусных магнитных полей.
    
15. 
    Электромагнитные и акустические помехи при проведении экспериментов и способы их устранения.
    

8. 
   Материально-техническое обеспечение дисциплины
   
   1. 
      Необходимое оборудование для лекций и практических занятий: компьютер и мультимедийное оборудование (проектор), доступ к сети Интернет
      

9. 
   Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
   

1. 
   Основная литература
   

1. 
   Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Том VIII. Электродинамика сплошных сред. М.: Физматлит, 2003.
   
2. 
   Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Интеллект, 2009.
   

1. 
   Дополнительная литература:
   
2. 
   
   

1. 
   Диагностика плазмы. Под ред. Хаддлстоуна, 1977, М.: ИЛ, 360 с.
   
2. 
   Нестерихин Ю.Е., Солоухин Р.И., Методы скоростных измерений в газодинамике и физике плазмы, М.: Наука, 1967, 96 с.
   

Электронные ресурсы, включая доступ к базам данных и т.д.

1. 
   Курс лекций «Физика плазмы», http://www.inp.nsk.su/chairs/plasma/sk/fpl.ru.shtml
   

Программу составил

__________________ (Лебедев Е.Ф., д.т.н., профессор)

«_____»_________2012 г.