Б1_В.ОД.10 Теория теплофизических свойств веществ

Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Петрозаводский государственный университет»
Кольский филиал
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«Теория теплофизических свойств веществ»
Направление подготовки
16.03.01 Техническая физика
Квалификация (степень) выпускника
бакалавр
Профиль подготовки бакалавра/магистра
Теплофизика
Форма обучения
очная
Выпускающая кафедра
теплофизики
Кафедра-разработчик рабочей программы
Апатиты
2015
теплофизики
Рабочая программа дисциплины «Теория теплофизических свойств веществ»
составлена на основании:
- Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по
направлению
подготовки
16.03.01
Техническая
физика
(уровень
бакалавриата),
утвержденного приказом Министерства образования и науки РФ N 204 от 12 марта 2015
года (номер государственной регистрации 36672 от 01 апреля 2015 года);
- рабочего учебного плана основной образовательной программы по направлению
подготовки 16.03.01 Техническая физика (набора 2011 года), утвержденного на Ученом
совете 15 апреля 2015 года.
Курс: 2, 3
Семестр(ы): 4, 5
Трудоёмкость: 324 час.
ЗЕ по ФГОС ВПО:
9
Часов по рабочему учебному плану (РУП):
324
ЗЕ по рабочему учебному плану (РУП):
9
Разработчик: ст. преподаватель Вахонина О.В.
Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры теплофизики
«_16_» апреля 2015г. протокол №5.
Рабочая программа дисциплины включает организационно-методический раздел,
объем дисциплины и виды учебной работы, содержание дисциплины (в т.ч. учебнотематический план), тематику семинарских занятий, формы самостоятельной работы,
систему оценивания и примерный перечень вопросов для контроля, учебно-методическое
обеспечение дисциплины.
Программа предназначена для студентов, обучающихся на очном и заочном
отделении Кольского филиала ФГБОУ ВПО «Петрозаводский государственный
университет».
1. Цели и задачи дисциплины
Цель дисциплины - создать у студентов ясное представление о теплофизических
свойствах различных систем — как чистых веществ, так и смесей, в том числе
реагирующих, в широком диапазоне температур и давлений, и закономерностях
протекания процессов переноса в этих системах; ознакомить их с физическими
механизмами, лежащими в основе различных аспектов теплового поведения веществ, и
обучить их термодинамическим и молекулярно-кинетическим методам теоретического
исследования.
Задача дисциплины — научить студентов выполнять расчеты теплофизических
свойств веществ на основе термодинамики, статистической физики и физической
кинетики, используя данные о макроскопическом поведении и микроскопической
структуре вещества.
В результате изучения дисциплины студенты должны иметь представления об особенности
теплофизических свойствах веществ в газообразном, жидком и твердом состоянии и уметь их
рассчитывать по теоретическим соотношениям в рамках обобщенных законов соответственных
состояний.
2. Место дисциплины в структуре ОПОП бакалавриата
Дисциплина «Теория теплофизических свойств веществ» относится к вариативной
части блока дисциплин учебного плана. Для успешного освоения дисциплины студенты
должны проявить
способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и
выбору путей ее достижения;
способность к письменной и устной коммуникации на государственном языке:
умением логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь;
готовностью к использованию одного из иностранных языков;
способность находить организационно-управленческие решения в нестандартных
условиях и в условиях различных мнений и готовностью нести за них ответственность;
способность демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных
дисциплин и готовность использовать основные законы в профессиональной
деятельности, применять методы математического анализа и моделирования,
теоретического и экспериментального исследования;
готовность выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе
профессиональной деятельности, и способность привлечь для их решения
соответствующий физико-математический аппарат;
способность и готовность использовать нормативные правовые документы в своей
профессиональной деятельности;
способность выполнять работы по стандартизации и сертификации технических
средств, материалов и оборудования;
готовность к участию в планировании монтажно-наладочных работ по вводу в
эксплуатацию оборудования и проведении приемо-сдаточных испытаний оборудования ;
готовность участвовать в испытаниях и определении работоспособности
установленного и ремонтируемого оборудования;
способность выбирать оборудование для замены в процессе эксплуатации и
оптимальные режимы его работы.
освоить такие дисциплины, как «Физика», «Материаловедение и технология
конструкционных материалов», «Физические основы материаловедения», «Численные
методы технической физики», «Прикладная физика».
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
(модуля) «Теория теплофизических свойств веществ»
В результате освоения дисциплины студент, обучающийся
по направлению
подготовки 16.03.01 Техническая физика (уровень бакалавриата) должен:
1) обладать следующими общекультурными компетенциями (ОК):
 способностью к самоорганизации и самообразованию;
(ОК-7)
2) обладать следующими общепрофессиональными компетенциями (ОПК):
 способностью использовать фундаментальные законы природы и (ОПК-1)
основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной
деятельности;
3) обладать
профессиональными
компетенциями,
соответствующими
указанному виду профессиональной деятельности, на который ориентирована
программа бакалавриата (ПК):
научно-исследовательская деятельность:
 способностью применять эффективные методы исследования физико- (ПК-4)
технических объектов, процессов и материалов, проводить стандартные и
сертификационные испытания технологических процессов и изделий с
использованием современных аналитических средств технической
физики;
 готовностью изучать научно-техническую информацию, отечественный и (ПК-5)
зарубежный опыт по тематике профессиональной деятельности;
 готовностью составить план заданного руководителем научного (ПК-6)
исследования, разработать адекватную модель изучаемого объекта и
определить область ее применимости.
В результате изучения дисциплины обучающиеся должны:
знать: основы теории погрешностей измерений; физические основы, лежащие в
основе экспериментального метода исследования данного свойства, основные
экспериментальные схемы для измерения данного свойства, получить представление о
возможности улучшения классических экспериментальных схем;
уметь: выбирать конкретный метод исследования и тип экспериментальной
установки для измерения свойств конкретного вещества в конкретном диапазоне
исследуемых параметров;
владеть: методами оценки основных погрешностей измерений; навыками
экспериментальных измерений температуры, давления, расхода, плотности, вязкости и
теплопроводности тел.
4. Структура и содержание дисциплины (модуля) «Теория теплофизических
свойств веществ».
Объем дисциплины и виды учебной работы (очная форма обучения)
Вид учебной работы
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Лекции
Практики
Самостоятельная работа (всего)
В том числе:
Курсовая работа
Другие виды самостоятельной работы:
работа с литературой, подготовка к
практическому занятию, выполнение
тренировочных тестов, подготовка
домашнего задания, подготовка к
коллоквиуму.
Вид промежуточной аттестации
Общая трудоемкость часы
Зачетные единицы
Всего часов /
зачетных единиц
132 / 3,7
Семестры
4
5
68 / 1,9
64 / 1,8
66
66
120 / 3,3
34
34
40 / 1,1
32
32
80 / 2,2
-
-
-
120
40
80
72 / 2
324
9
36 экзамен
144
4
36 экзамен
180
5
Разделы дисциплины и виды занятий (в часах). Примерное распределение учебного
времени (очная форма обучения).
Общая трудоемкость дисциплины составляет 9 зачетных единиц 324 часа.
Виды учебной работы, включая
самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)
№
п/п
1
2
3
4
Наименование раздела, темы
Введение. Цели и задачи
дисциплины. Требования
к
уровню
освоения
содержания дисциплины.
Термодинамический
метод
теории
теплофизических свойств.
Метод
статической
термодинамики.
Статическая
Семестр
Общая
трудоемкость
Л
ПР/
СМ
4
14
2
2
10
4
30
10
10
10
4
30
10
10
10
4
34
12
12
10
Лаб.
Сам.
раб
Формы текущего
контроля
успеваемости (по
неделям
семестра)
Форма
промежуточной
аттестации (по
семестрам)
Реферат
Реферат
Виды учебной работы, включая
самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)
№
п/п
5
6
7
8
Наименование раздела, темы
термодинамика
смесей
идеальных газов.
Термодинамические
свойства
химически
реагирующих веществ.
Силы межмолекулярного
взаимодействия.
Термодинамические
свойства
реальных
веществ.
Термодинамические
свойства реальных смесей.
Процессы переноса в
газах.
Экзамен
Всего
Семестр
Формы текущего
контроля
успеваемости (по
неделям
семестра)
Форма
промежуточной
аттестации (по
семестрам)
Общая
трудоемкость
Л
ПР/
СМ
5
26
8
8
20
5
26
8
8
20
5
26
8
8
20
Опрос
5
26
8
8
20
Реферат
4,5
72
324
Лаб.
Сам.
раб
Реферат
Опрос
66
66
120
5. Образовательные технологии
В процессе изучения дисциплины «Теория теплофизических свойств веществ»
используются следующие методы обучения и формы организации занятий:
− лекции;
− практические занятия, на которых обсуждаются основные проблемы,
освещенные в лекциях;
− обсуждение подготовленных студентами рефератов;
− консультация преподавателя;
− самостоятельная работа студентов, которая включает освоение теоретического
материала, подготовку к практическим занятиям.
При реализации программы «Теория теплофизических свойств веществ»
используются следующие образовательные технологии:
− разбор конкретных ситуаций при применении различных методов анализа
материалов;
− внеаудиторная работа в форме обязательных консультаций и индивидуальных
занятий со студентами (помощь в понимании тех или иных методов исследования
материалов, в подготовке рефератов и тезисов для студенческих конференций и т.д.).
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины
6.1. Методические указания для студентов
При изучении курса в рамках самостоятельных заданий используются:
самостоятельное освоение отдельных вопросов теоретического курса; задачи для
самостоятельного решения.
Подготовка рефератов по дисциплине выполняется в соответствие с требованиями
документа «Методические рекомендации по оформлению рефератов, контрольных и
курсовых работ для студентов всех направлений и специальностей» (авт. Ртвеладзе В.В.;
изд. КФ Петр ГУ, 2004 г.).
Темы для самостоятельного изучения
№
п/п
Наименование раздела
дисциплины (модуля)
Форма самостоятельной
работы
1.
Термодинамическое
поведение чистых
веществ в области
фазовых переходов.
Критические явления.
Идеальные и реальные
смеси (растворы).
- рефераты
10
Форма контроля
выполнения
самостоятельной
работы
- защита рефератов
- рефераты
10
- защита рефератов
Термодинамические
свойства химически
реагирующих смесей
идеальных газов.
Вязкость и
теплопроводность
плотных газов и
жидкостей.
- рефераты
20
- защита рефератов
- рефераты
20
- защита рефератов
2.
3.
4.
Кол-во
часов
6.2. Оценочные средства
•
1.
2.
3.
4.
Примерный перечень вопросов к экзамену:
Уравнение состояния идеального газа и уравнение Ван-дер-Ваальса реального газа.
Критические параметры вещества.
Приведенное уравнение Ван-дер-Ваальса и теории подобия в состояниях газов.
Описание реальных газов в рамках обобщенных законов соответственных состояний с
использованием одно- или двух- параметрических уравнений и безразмерных
термодинамических переменных.
5. Критерии подобия веществ. Способы их введения.
6. Метод Риделя теоретического описания температурной зависимости давления
насыщенных паров жидкости рн(Т).
7. Методы расчета теплоты испарения жидкостей.
8. Методы расчета критических параметров веществ; температур их фазовых переходов
(температуры кипения и плавления); потенциалов межмолекулярного взаимодействия,
фактора ацентричности и полярности молекул.
9. Соотношения между давлением, объемом и температурой чистых газов. Методы их
расчета.
10. Классическая теория теплоемкости идеальных газов.
• Комплект экзаменационных билетов (утвержденный зав. кафедрой до начала
сессии);
• Контрольные вопросы и задания для контроля самостоятельной работы
студентов по отдельным разделам дисциплины:
1. Представьте график термодинамического поведения чистых веществ в области
фазовых переходов.
2. Какие явления называются критическими?
3. Что такое идеальные смеси (растворы)?
4. Что такое реальные смеси (растворы)?
5. Перечислите термодинамические свойства химически реагирующих смесей
идеальных газов.
6. Дайте определение вязкости и теплопроводности плотных газов и жидкостей.
• Примерная тематика рефератов:
1. Термодинамическое поведение чистых веществ в области фазовых переходов.
2. Критические явления в поведении чистых веществ.
3. Идеальные смеси (растворы).
4. Реальные смеси (растворы).
5. Термодинамические свойства химически реагирующих смесей идеальных газов.
6. Вязкость и теплопроводность плотных газов.
7. Вязкость и теплопроводность жидкостей.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля)
«Теория теплофизических свойств веществ»
а) основная литература:
1. Прибытков И.А. Теоретические основы теплотехники: учебник. - М.: Академия,
2006.
2. Апальков А.Ф. Теплотехника: учебное пособие. - Ростов/нДону: Феникс, 2008
б) дополнительная литература:
1. Теплотехника: учебник/ А.М. Архаров и др. - М.: МГГУ им. Баумана, 2004.
2. Шпильрайн Э.Э., Кессельман П.М. Основы теории теплофизических свойств
веществ. М.:Энергия, 1977. 248 с.
3. Семёнов. А.М. Статистическая термодинамика газов. М.:МЭИ, 1979. 76 с.
4. Семёнов А.М. Процессы переноса в газах. М.:МЭИ, 1980. 103 с.
5. Семёнов А.М. Теплофизические свойства химически реагирующих систем.
М.:МЭИ, 1994. 77 с.
в) электронно-библиотечные системы (ЭБС), базы данных, информационно-справочные и
поисковые системы
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля) «Теория
теплофизических свойств веществ»
• использование мультимедийного проектора для презентаций лекционного курса