МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИЯ И МЕХАНИКИ (ЭнМИ) ___________________________________________________________________________________________________________

Определять характеристики объектов профессиональной деятельности по разработанным моделям (ПК-1); Применять контрольно - измерительную аппаратуру для определения характеристик и параметров макетов (ПК-2); Участвовать в проведении предварительных испытаний составных частей опытного образца мехатронной или робототехнической системы по заданным программам и методикам и вести соответствующие журналы испытаний (ПК-5); Использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-9).

Задачами дисциплины являются

формирование у студентов основ научного мышления, в том числе: понимание границ применимости физических понятий и теорий; умение оценивать степень достоверности результатов теоретических и экспериментальных исследований; умение планировать физический и технический эксперимент и обрабатывать его результаты с использованием методов теории размерности, теории подобия и математической статистики. познакомить обучающихся с техникой современного физического эксперимента, научить работать с современными средствами измерений и научной аппаратурой, а также использовать средства компьютерной техники при расчетах и обработке экспериментальных данных. научить студентов постановке и выбору алгоритмов решения конкретных задач из различных областей физики, приобретению начальных навыков для самостоятельного овладения новыми методами и теориями, необходимыми в практической деятельности современного специалиста. создание базы для изучения теоретической механики, электротехники и электроники, термодинамики и теплопередачи.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к базовой части математического и естественно-научного цикла Б.2 основной образовательной программы подготовки бакалавров направления 141100 Энергетическое машиностроение. Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Высшая математика», «Информатика».

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин «Технология конструкционных материалов», «Динамика и прочность турбомашин», «Механика жидкости и газа», а также программ магистерской подготовки.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины, обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

·  физические основы механики: понятие состояния в классической механике, уравнения движения, кинематику и динамику движения твердого тела, жидкостей и газов, основы релятивистской механики; физику колебаний и волн, интерференцию и дифракцию волн; молекулярную физику и термодинамику; электричество и магнетизм; оптику, молекулярные спектры; атомную и ядерную физику; современную физическую картину мира.

Уметь:

·  использовать математические методы в технических приложениях;

·  использовать физические законы при анализе и решении проблем профессиональной деятельности;

·  выделять конкретное физическое содержание в прикладных задачах будущей деятельности; решать типовые задачи по основным разделам курса.

Владеть:

·  методами проведения физических измерений;

методами корректной оценки погрешности при проведении физического эксперимента.

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 10 зачетных единицы, 360 часов.

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции

1.Механика

Материальная точка. Абсолютно твердое тело. Тело отсчета. Система отсчета. Способы задания положения точки в пространстве. Траектория. Вектор перемещения. Путь. Кинематический закон движения материальной точки.

Скорость. Ускорение. Кинематический закон движения тела в случае постоянного ускорения. Скорость и ускорение при движении точки по криволинейной траектории. Нормальное и тангенциальное ускорения. Границы применимости классического способа описания движения тела-материальной точки.

Динамика материальной точки. Масса. Сила. Инерциальные системы отсчета. Законы Ньютона.

Система материальных точек. Внутренние и внешние силы. Импульс материальной точки, системы материальных точек. Закон сохранения импульса. Условия применимости закона сохранения импульса. Принцип относительности Галилея.

Система материальных точек. Центр масс системы материальных точек. Теорема о движении центра масс системы материальных точек.

Работа в механике. Понятие поля сил. Потенциальные и непотенциальные силы. Критерий потенциальности сил поля.

Кинетическая энергия материальной точки, системы материальных точек. Теорема об изменении кинетической энергии.

Потенциальная энергия. Изменение потенциальной энергии. Потенциальная энергия гравитационного взаимодействия и упругой деформации.

  Потенциальная энергия. Дифференциальная связь между потенциальной силой и потенциальной энергией. Градиент скалярного поля.

Закон сохранения механической энергии. Абсолютно не упругий и абсолютно упругий центральные удары шаров. Закон сохранения энергии.

Вращательное движение абсолютно твердого тела. Кинематические характеристики вращательного движения относительно неподвижной оси (угловое перемещение, угловая скорость, угловое ускорение), их связь с линейными характеристиками движения точек тела.

Динамические характеристики вращательного движения (момент инерции, момент силы, момент импульса). Основное уравнение динамики вращательного движения.

Момент импульса материальной точки, системы материальных точек относительно полюса. Уравнение моментов. Закон сохранения момента импульса, условие его применимости.

Работа при вращении материальной точки и системы материальных точек относительно неподвижной оси. Кинетическая энергия тела, вращающегося относительно неподвижной оси.

Плоское движение твердого тела на примере качения тела без проскальзывания.

Механические колебания. Гармонические колебания. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Динамика и механическая энергия гармонических колебаний.

Физические основы механики. Кинематика поступательного и вращательного движения. Механическое движение как простейшая форма движения материи. Кинематика материальной точки. Закон движения, скорость, ускорение (нормальное, тангенциальное). Принцип относительности Галилея. Кинематика вращательного движения. Связь линейных и угловых кинематических величин.

Преобразования Лоренца. Постулаты Эйнштейна. Следствия из преобразований Лоренца (относительность понятия одновременности, длительность события, Лоренцево сокращение длины).

Релятивистская динамика. Второй закон Ньютона применительно к большим скоростям. Релятивистская энергия. Связь массы и энергии.

2. Молекулярная физика

Основы молекулярной физики. Системы из многих частиц. Статистический и термодинамический методы исследований тепловых явлений. Параметры состояния термодинамической системы. Равновесное состояние. Равновесный процесс. Идеальный газ. Уравнение состояния для идеального газа.

Плотность идеального газа. Связь между давлением, концентрацией и температурой. Изопроцессы в идеальном газе.

Основное уравнение молекулярно – кинетической теории ( связь между давлением и средней кинетической энергией молекулы идеального одноатомного газа ).

Связь между средней кинетической энергией поступательного движения молекулы и температурой. Физический смысл температуры. Средняя квадратичная скорость молекулы газа.

Внутренняя энергия. Внутренняя энергия идеального газа. Понятие числа степеней свободы молекулы. Теорема о равнораспределении энергии по степеням свободы. Расчет внутренней энергии идеального газа.

Теплота. Работа в термодинамике. Первое начало термодинамики. Расчет величин, входящих в первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам в идеальном газе.

Адиабатный процесс. Применение первого начала термодинамики к адиабатному процессу. Вывод уравнения адиабаты. Показатель адиабаты.

Политропные процессы в идеальном газе. Уравнение политропы. Изопроцессы и адиабатный процесс, как частные случаи политропного процесса. Связь между теплоемкостью идеального газа в политропном процессе и показателем политропы Ограниченность классической теории теплоемкости.

Обратимые и необратимые процессы и циклы. Термический коэффициент полезного действия (КПД) цикла. Тепловая машина.

Цикл Карно, КПД цикла Карно. Второе начало термодинамики. Его различные формулировки.

Приведенное количество теплоты. Энтропия – функция состояния термодинамической системы. Расчет изменения энтропии в процессах идеального газа. Неравенство Клаузиуса. Основное свойство энтропии (формулировка второго начала термодинамики через энтропию). Статистический смысл второго начала.

Понятие эффективного диаметра молекулы и эффективного сечения столкновения. Число столкновений одной молекулы газа в единицу времени. Средняя длина свободного пробега молекулы и ее зависимость от давления и температуры.

Явления переноса в газах. Опытные законы диффузии, теплопроводности и вязкости. Качественное и количественное описание этих процессов в молекулярно – кинетической теории газов.

Барометрическая формула. Распределение Больцмана.

Функция распределения и ее смысл. Распределение молекул газа по модулю скорости (распределение Максвелла по модулю скорости). Наиболее вероятная, средняя и средняя квадратичная скорости молекулы. Зависимость функции распределения от температуры.

Реальные газы. Уравнение Ван – дер – Ваальса. Изотермы реального газа. Критические параметры.

3. Электричество

Электрический заряд, закон сохранения электрического заряда. Электрическое поле. Понятие напряженности электрического поля. Расчет напряженности поля методом суперпозиции. Пример.

Электрический диполь. Расчет напряженности электрического поля, созданного диполем. Силы, действующие на диполь в электрическом поле.

Электрический потенциал, разность потенциалов. Связь потенциала с напряженностью электростатического поля. Расчет потенциала поля, созданного точечным зарядом, системой зарядов.

Поток вектора напряженности электростатического поля. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме, ее доказательство. Пример применения теоремы Гаусса к расчету напряженности электростатического поля.

Диэлектрики. Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков, поляризованность. Диэлектрическая восприимчивость. Напряженность электростатического поля в диэлектрике.

Вектор электрического смещения. Теорема Гаусса для поля в диэлектрике, ее доказательство. Связь электрического смещения с напряженностью поля. Диэлектрическая проницаемость.

Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике (формулировка). Вектор электрического смещения и его связь с напряженностью электростатического поля. Пример применения теоремы Гаусса к расчету поля в диэлектрике.

Проводники в электростатическом поле. Поле внутри проводника и у его поверхности. Распределение заряда по поверхности проводника.

Электроемкость уединенного проводника. Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Пример расчета электроемкости уединенного проводника и конденсатора.

Энергия электростатического поля, объемная плотность энергии. Расчет энергии поля, созданного заряженной сферой радиусом R с зарядом Q.

Постоянный электрический ток, характеристики и условия его существова­ния. Закон Ома. Обобщенный закон Ома, ЭДС, разность потенциалов, напряжение.

4. Магнетизм

Закон Био – Савара – Лапласа. Принцип суперпозиции для магнитного поля. Магнитное поле, созданное прямолинейным отрезком с током конечной длины.

Расчет магнитной индукции методом суперпозиции. Магнитное поле на оси кругового витка с током и на оси соленоида конечной длины с током.

Магнитное поле на оси витка с током. Магнитный момент витка с током. Виток с током во внешнем магнитном поле.

Закон полного тока в вакууме. Расчет магнитной индукции длинного соленоида и тороида.

Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Эффект Холла.

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле. Закон Ампера. Взаимодействие длинного прямого тока и квадратной рамки, обтекаемой током. Взаимодействие параллельных прямых бесконечных токов.

Контур с током в магнитном поле. Силы, действующие на контур с током в магнитном поле. Механический момент, действующий на контур с током в магнитном поле. Состояние устойчивого и неустойчивого равновесия.

Магнитный поток. Собственный магнитный поток. Работа, совершаемая при перемещении проводника и контура с током в магнитном поле.

Закон Фарадея-Максвелла для электромагнитной индукции. Представление закона электромагнитной индукции на основе закона сохранения энергии.

ЭДС индукции, возникающая при движении проводника в магнитном поле. Представление ЭДС индукции через циркуляцию вектора напряженности электрического поля.

Явление самоиндукции. Индуктивность. ЭДС самоиндукции. Явление взаимной индукции, взаимная индуктивность.

Собственный магнитный поток. Индуктивность. Расчет индуктивности тороидальной катушки квадратного сечения и коаксиального кабеля.

Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии магнитного поля. Полная энергия системы проводников с током.

Магнитное поле в веществе. Физическая природа микротоков. Типы магнетиков. Свойства диа - и парамагнетиков.

Намагниченность. Магнитная восприимчивость. Закон полного тока для магнитного поля в веществе. Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость.

Ферромагнетики. Магнитный гистерезис. Точка Кюри.

Граничные условия для электрического и магнитного полей на границе раздела двух сред. Физический смысл этих условий.

Электромагнитное поле. Система уравнений Максвелла в интегральной форме для электромагнитного поля.

Электрические колебания в колебательном контуре. Дифференциальное уравнение собственных свободных колебаний и его решение. Энергия в колебательном контуре при свободных гармонических колебаниях.

Собственные затухающие колебания в колебательном контуре. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение Апериодический процесс.

Вынужденные электричесие колебания. Явление резонанса. Резонанс напряжения и силы тока в колебательном контуре.

Плоская электромагнитная волна, ее свойства. Волновое уравнение. Объемная плотность энергии, вектор Умова - Пойнтинга.

4.2.2. Практические занятия

2 семестр

Кинематика материальной точки (без вращательного движения).

Динамика поступательного движения. Закон сохранения импульса.

Работа. Закон сохранения механической энергии в поступательном движении.

Законы сохранения в поступательном движении.

Момент инерции. Динамика вращения.

Закон сохранения момента импульса. Качение.

Закон сохранения механической энергии в сложном движении.

Статистический метод в молекулярной физике.

Газовые законы. Первое начало термодинамики.

Циклы и второе начало термодинамики.

3 семестр

Закон Кулона. Расчет напряженности электростатического поля методом суперпозиции.

Расчет потенциала электростатического поля. Теорема Гаусса без диэлектриков.

Связь напряженности и потенциала электростатического поля. Графики.

Диэлектрики. Теорема Гаусса при их наличии.

Проводники в электростатическом поле. Заземление.

Работа электростатического поля. Энергия поля. Конденсаторы.

Закон Био – Савара – Лапласа. Теорема о циркуляции магнитной индукции.

Правило Ленца. Сила Лоренца. Сила Ампера.

Магнитный поток. Работа магнитного поля.

Электромагнитная индукция. Самоиндукция. Индуктивность.

Энергия магнитного поля.

4.3. Лабораторные работы

2 семестр

№ 1. Вводная работа “Определение ускорения свободного падения”.

№ 2. Изучение динамики поступательного движения на установке “Машина Атвуда”.

№ 3. Изучение законов сохранения при соударении двух шаров.

№ 4. Изучение динамики вращательного движения на установке “Маятник Обербека”.

№ 5. Изучение плоского движения твердого тела на установке “Маятник Максвелла”.

№7. Изучение динамики вращательного движения на установке “Маховик”.

№ 6. Изучение крутильных колебаний на унифилярном подвесе.

№ 7. Изучение колебаний физического и математического маятников.

№ 8. Определение удельной теплоемкости воздуха при постоянном давлении.

№ 9. Определение отношения теплоемкостей ср /сv для воздуха.

№10. Определение теплопроводности воздуха методом нагретой нити.

№11. Определение коэффициента динамической вязкости воздуха при различных температурах методом истечения через капилляр.

3 семестр

№ 1. Моделирование электростатических полей на токопроводящей бумаге.

№ 2. Определение емкости конденсатора методом периодической зарядки и разрядки.

№ 3. Изучение обобщенного закона Ома и определение ЭДС методом компенсации.

№ 4. Определение удельного заряда электрона.

№5. Изучение магнитных полей соленоида и катушки.

№6. Изучение закона Ампера в радиальном магнитном поле.

№7. Изучение гистерезиса ферромагнитных материалов.

№8. Исследование затухающих колебаний в колебательном контуре.

№9. Исследование вынужденных колебаний в колебательном контуре.

4.4. Расчетные задания

Расчетные задания по разделам «Механика», «Электростатика».

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы

Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием компьютерных презентаций и видео роликов. Презентации лекций содержат большое количество фотоматериалов и мультимедийные анимации.

Практические занятия выполняются в традиционной форме с выполнением расчетов.

Самостоятельная работа включает выполнение расчетного задания; подготовку к тестам и контрольным работам, подготовку к коллоквиумам, проведению и защите лабораторных работ, подготовке к зачетам и экзаменам.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные работы, устный опрос, защита лабораторных работ, коллоквиумы.

Аттестация по дисциплине – экзамен.

Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка на экзамене.

В приложение к диплому вносится оценка за 3 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1. Савельев общей физики т. т. 1-2. СПб.: Изд-во «Лань». 2006 г.

2. Сборник задач по общей физике: учебное пособие для вузов/ , , и др.; под редакцией . – 3-е изд., перераб. и дополн.-М.: Издательский дом МЭИ, 2007. – 440 с.

3. , , Седов и магнетизм. Конспект лекций. Учебное пособие. – М.: Изд-во МЭИ, 2006.-176 с.

4. , , Славов общей физики. Механика. Молекулярная физика и термодинамика. Конспект лекций. Учебное пособие. – М.: Изд-во МЭИ, 2003.-180 с.

5. , , Щербаков общей физики. Механика. Молекулярная физика и термодинамика. Лабораторный практикум. Учебное пособие.-М.: Изд-во МЭИ, 2008.-167 с.

6. Тимошин и др. Лабораторные работы по курсу «Физика». Электромагнетизм.-М.: Изд-во МЭИ, 2000, 2009.-140 с.

7. Общая физика: учебное пособие для вузов/ , , и др.; под ред. – М.: Издательский дом МЭИ, 2010. – 506 с.: ил.

8. Лабораторный практикум по общей физике: учеб. пособие/ , , и др.; под ред. . - М.: Издательский дом МЭИ, 2010. – 358 с.: ил.

б) дополнительная литература:

Сивухин общей физики, т. 1-5. М.: Наука, 1986,1989 г.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы: Windows XP PRO (для всех компьютеров кафедры); Mathcad University Classroom ( 15 компьютеров); Mathcad компьютера).

б) другие: (в составе УМК кафедры ОФиЯС)

компьютерный курс физики для технических вузов в трех частях, включающий:

- электронные учебники;

- электронные задачники;

- компьютерные лабораторные практикумы;

- система контроля знаний.

Тесты по всем защитам и коллоквиумам курса физики в среде системы дистанционного обучения «Прометей». Дистанционная технология обучения студентов.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие лекционной учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и показа учебных фильмов, демонстрационные приборы и стенды в составе демонстрационного кабинета при лекционной аудитории; учебной лаборатории.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 221000 «Мехатроника и робототехника» и профилю «Компьютерные технологии управления в робототехнике и мехатронике».

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

Зам. зав. кафедрой Общей физики и ядерного синтеза

к. т.н., доцент

"СОГЛАСОВАНО":

Директор ЭнМИ

д. т.н. профессор

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой Общей физики и ядерного синтеза

д. т.н., профессор __

Производство

Проекты по теме:

Поиск

Вики

Архив

Промышленность

Оборудование

Технологии

Энергетика

Металлургия

Основные порталы (построено редакторами)

Домашний очаг Дом • Дача • Садоводство • Дети • Активность ребенка • Игры • Красота • Женщины • (Беременность) • Семья • Хобби Здоровье: • Анатомия • Болезни • Вредные привычки • Диагностика • Народная медицина • Первая помощь • Питание • Фармацевтика История: СССР • История России • Российская Империя Окружающий мир: Животный мир • Домашние животные • Насекомые • Растения • Природа • Катаклизмы • Космос • Климат • Стихийные бедствия Справочная информация Документы • Законы • Извещения • Утверждения документов • Договора • Запросы предложений • Технические задания • Планы развития • Документоведение • Аналитика • Мероприятия • Конкурсы • Итоги • Администрации городов • Приказы • Контракты • Выполнение работ • Протоколы рассмотрения заявок • Аукционы • Проекты • Протоколы • Бюджетные организации Муниципалитеты • Районы • Образования • Программы Отчеты: • по упоминаниям • Документная база • Ценные бумаги Положения: • Финансовые документы Постановления: • Рубрикатор по темам • Финансы • города Российской Федерации • регионы • по точным датам Регламенты Термины: • Научная терминология • Финансовая • Экономическая Время: • Даты • 2015 год • 2016 год Документы в финансовой сфере • в инвестиционной • Финансовые документы - программы

Техника Авиация • Авто • Вычислительная техника • Оборудование • (Электрооборудование) • Радио • Технологии • (Аудио-видео) • (Компьютеры) Общество Безопасность • Гражданские права и свободы • Искусство • (Музыка) • Культура • (Этика) • Мировые имена • Политика • (Геополитика) • (Идеологические конфликты) • Власть • Заговоры и перевороты • Гражданская позиция • Миграция • Религии и верования • (Конфессии) • Христианство • Мифология • Развлечения • Масс Медиа • Спорт (Боевые искусства) • Транспорт • Туризм Войны и конфликты: Армия • Военная техника • Звания и награды Образование и наука Наука: Контрольные работы • Научно-технический прогресс • Педагогика • Рабочие программы • Факультеты • Методические рекомендации • Школа • Профессиональное образование • Мотивация учащихся Предметы: Биология • География • Геология • История • Литература • Литературные жанры • Литературные герои • Математика • Медицина • Музыка • Право • Жилищное право • Земельное право • Уголовное право • Кодексы • Психология (Логика) • Русский язык • Социология • Физика • Филология • Философия • Химия • Юриспруденция

Мир Регионы: Азия • Америка • Африка • Европа • Прибалтика • Европейская политика • Океания • Города мира Россия: • Москва • Кавказ • Регионы России • Программы регионов • Экономика Бизнес и финансы Бизнес: • Банки • Богатство и благосостояние • Коррупция • (Преступность) • Маркетинг • Менеджмент • Инвестиции • Ценные бумаги: • Управление • Открытые акционерные общества • Проекты • Документы • Ценные бумаги - контроль • Ценные бумаги - оценки • Облигации • Долги • Валюта • Недвижимость • (Аренда) • Профессии • Работа • Торговля • Услуги • Финансы • Страхование • Бюджет • Финансовые услуги • Кредиты • Компании • Государственные предприятия • Экономика • Макроэкономика • Микроэкономика • Налоги • Аудит Промышленность: • Металлургия • Нефть • Сельское хозяйство • Энергетика Строительство • Архитектура • Интерьер • Полы и перекрытия • Процесс строительства • Строительные материалы • Теплоизоляция • Экстерьер • Организация и управление производством