ФИЗИКА

Рассмотрены основы современного метода квантовой неравновесной статистической физики - метода проекционного оператора. Показаны возможности метода при описании различных нелинейных неравновесных процессов в области физики магнитных явлений, квантовой оптики и квантовой информатики. Подготовлено на кафедре общей и теоретической физики.

В настоящем учебном пособии в достаточно сжатой форме представлено краткое описание работы в программном комплексе ANSYS Fluent для моделирования течений жидкости и газа (CFD-анализ) с учетом теплопереноса. Рассмотрены следующие вопросы: создание геометрии и расчетных сеток, настройки решателя ANSYS Fluent, работа с функциями пользователя (Expression) и консолью Fluent, проведение тепловых расчетов, постобработка полученных данных в модуле CFD-Post. Учебное пособие может быть полезно при изучении курсов «Системы автоматизированного проектирования тепловых расчетов», «Специальные главы систем автоматизированного проектирования», «Системы автоматизированного проектирования холодильных установок», «Системы кондиционирования воздуха», «Системы жизнеобеспечения летательных аппаратов», «Проектирование систем жизнеобеспечения», «Тепломассообмен», «Вычислительная математика», «Численные методы технической физики» и др.

Пособие посвящено исследованию механических свойств материалов на современном испытательном оборудовании. Кратко изложены теоретические основы механики сплошной среды, а также элементы теории напряженно-деформированного состояния, упругости, пластичности и ползучести. В краткой форме изложены основы методик испытания материалов на растяжение, сжатие, сдвиг, а также проведено исследование характеристик усталостной долговечности и составление управляющих программ для современного испытательного комплекса.

Учебное пособие предназначено для студентов немашиностроительных специальностей всех форм обучения МТФ, ФМА, РЭФ, ФЭН применительно к программам курсов «Механика», «Техническая механика» и «Прикладная механика» направлений 29.03.04 «Технология художественной обработки материалов», 22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов», 28.03.02 «Наноинженерия», 18.03.01 «Химическая технология», 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств», 11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств», 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника», 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника». Учебное пособие содержит теоретическую часть, примеры решения задач, а также технические задания для расчетно-графических и контрольных работ.

Второе, исправленное и дополненное издание учебного пособия представляет собой часть курса лекций по методам математической физики, прочитанного на физико-техническом факультете НГТУ. Книга посвящена решению уравнений теплопроводности и Пуассона. В новом издании значительно улучшено изложение, а также добавлена новая, важная для приложений часть, посвященная конечно-разностным методам решения уравнения теплопроводности.

Пособие составлено на базе 40-летнего личного опыта работы автора на отечественных и зарубежных предприятиях микроэлектронной отрасли. Рассмотрена совокупность вопросов организации и использования в серийном производстве субмикронных интегральных микросхем (ИМС) методов непосредственного производственного (in-line) контроля тонкопленочных материалов – основы современных ИМС. Приведены примеры приборов контроля и возможностей их применения для характеризации процессов получения и свойств тонких пленок. Рассмотрены решения технологических задач с помощью in-line методов на примере важнейшего узла ИМС – диэлектрической планаризируемой изоляции между транзисторным уровнем (FEOL) и первым уровнем металлизации (BEOL) микросхем. Проанализирован подход к квалификации технологических процессов/оборудования для создания тонких пленок в производстве, изложены примеры проведения исследований технологической направленности. Показаны необходимость и возможности использования вместе с in-line методами также методов контроля at-line (в лабораториях вне производства) и off-line (в специализированных аналитических организациях). В пособии использованы и пояснены многочисленные англоязычные термины, принятые в технологиях и производстве интегральных микросхем.

Учебно-методическое пособие содержит указания по проведению лабораторных работ по физике рентгеновского излучения с использованием рентгеновской установки PHYWE X-ray XR 4.0. Пособие предназначено для студентов физико-математического факультета, обучающихся по направлению 44.03.05 Педагогическое образование (с двумя профилями подготовки), Математика и Физика. Может быть использовано студентами при изучении курсов «Общая физика» и «Теоретическая физика», преподавателями при подготовке и проведении занятий.

Практикум состоит из двух частей. Во второй части приведены лабораторные работы по изучению инструментов для подготовки и проведения инженерного анализа объектов с контролируемой микроструктурой композитных конструкционных материалов.

Фронтальный рост тел часто сопровождается изменением фазового состояния вещества, приводящего к превращению свойств и плотности, что в свою очередь приводит к возникновению или изменению напряженно-деформированного состояния растущего тела. Примеры тому: твердение больших металлических отливок, выращивание и твердение бетонных изделий и зданий, аддитивные технологии, намоточные толстостенные изделия из армированных анизотропных полимеров, выращивание кристаллов и многоцентровое отверждение (например поликристаллы), растущая кора и развитие планет при действии гравитации, рост скелетов живых организмов и т.п. В книге применяется теория в двух вариантах (дискретная и континуальная), в компетенции которых входят указанные выше практически важные проблемы. Эти теории способны описать кинетику НДС указанных разнообразных фронтально растущих твердых растущих тел, включая при необходимости гравитационное сжатие и разрушение атома.

Приведена классификация основных методов местоопределения в глобальных навигационных спутниковых системах. Рассмотрены абсолютные и относительные методы местоопределения различной точности и оперативности по измерениям систем ГЛОНАСС и GPS, в том числе с использованием систем широкозонной дифференциальной коррекции. Описано местоопределение как статического, так и динамического потребителя. Значительное внимание уделено высокоточному абсолютному местоопределению. Изложены теоретические и методические материалы к лабораторным работам по местоопределению потребителя в глобальных навигационных спутниковых системах.

Рассмотрены физические принципы, лежащие в основе метрологического обеспечения расхода многофазных потоков. Освещены вопросы обеспечения единства измерений, методологии и применения средств поверки многофазных расходомеров и измерительных систем. Рассмотрен широкий круг вопросов по расчету потоков различной структуры в конкретных технических условиях.

Содержит теоретический материал и описание лабораторных работ по разделу общего курса физики «Магнитное поле». Особое внимание уделено изложению основных закономерностей магнетизма вещества и физики магнитных явлений, встречающихся в процессе выполнения лабораторных работ. Описание лабораторных работ содержит порядок их выполнения, методику расчета и обработки результатов проведенного эксперимента.

Рассмотрены назначение и сущность процессов осветления в производстве кожи и меха, представлен обзор и анализ новых химических материалов и методов, применяемых в процессах осветления и крашения. Проведен анализ возможности применения высокочастотной плазменной обработки в данных процессах с целью модификации волосяного покрова, а также кожевенного полуфабриката.

Рассмотрены теоретические основы по методике и технике учебного физического эксперимента, приборы и оборудование, используемое при проведении лабораторных работ. Направлено на обучение студентов умениям демонстрировать опыты и проводить школьные лабораторные работы.

В работе представлена модель, позволяющая рассчитывать форму сечения и скорость цилиндрического включения, мигрирующего в кристалле под действием градиента температуры в стационарных тепловых условиях. На основе предложенной модели, требующей в общем случае применения численных методов, получены аналитические выражения для расчета скорости включения в предельном случае относительно больших площадей сечений. Проведен анализ рассчитанных зависимостей скорости и формы сечений мигрирующих цилиндрических включений от площади их сечения, градиента температуры, степени затрудненности межфазных процессов, удельной межфазной энергии и степени ее анизотропии. Предложены методики определения степени анизотропии удельной межфазной энергии и относительной затрудненности межфазных процессов из анализа форм сечений мигрирующих цилиндрических включений.

Практикум состоит из двух частей. В первой части приведены лабораторные работы по изучению инструментов подготовки и построения расчетных моделей, используемых при проведении анализа объектов с контролируемой микроструктурой композитных конструкционных материалов.

Лесная экосистема является типичным примером функционирования открытых термодинамических систем. Проанализировано изменение энтропии открытой термодинамической системы, в которой могут реализовываться следующие процессы: поглощение коротковолнового солнечного излучения – процесс дифференциации; процесс общего роста биомассы, связанный с расходом ресурсов на дыхание и конкуренцию. В результате действия этих процессов в систему поступает отрицательный поток энтропии, а в самой системе производится положительная энтропия. С ростом древостоя его биомасса достигает максимума, что соответствует стационарному состоянию в экосистеме. Показано, что согласно принципу (теореме) Пригожина удельное производство энтропии в открытой системе принимает минимальное положительное значение. При дальнейшем увеличении возраста древостоя стационарное состояние открытой термодинамической системы переходит к равновесному: биомасса насаждения уменьшается, а энтропия стремится к максимальному значению в соответствии со 2-м законом термодинамики (распад экосистемы). Анализ поведения открытой термодинамической системы положен в основу новой эколого-физиологической модели динамики роста древостоя. В предлагаемой модели используется 2 параметра: биомасса отдельного дерева и число деревьев на гектар. Для моделирования динамики роста биомассы отдельного дерева применяется балансовое уравнение Берталанффи, которое содержит динамическое уравнение, описывающее рост особи за счет поглощения ресурса и ограничение роста за счет расхода ресурса. Уравнение, характеризующее динамику численности древостоя, вытекает из условия достижения максимума биомассы древостоя в процессе роста насаждения. Модель динамики древостоя имеет 3 независимых параметра: время наступления стационарного режима, скорость расхода ресурса, а также фактор, связывающий площадь и биомассу организма. Верификация модели проведена расчетом динамики биомассы для полных (нормальных) сосновых насаждений первых 5 бонитетов (Iб, Iа, I, II, III). Качество модели оценивается безразмерным критерием эффективности Нэша–Сатклиффа, значение которого, как правило, больше 0,95, что соответствует описанию данных, близкому к идеальному.

Монография посвящена исследованию физических и конструктивно-технологических особенностей резонансных отрезков электродинамических замедляющих систем и структур с метаматериалами для создания на их основе многофункциональных элементов, узлов и модулей, обеспечивающих миниатюризацию и улучшение электрических параметров и характеристик микроволновых частотно-селективных устройств. Предложенные и разработанные конструкции перспективны для применения в составе современных средств телекоммуникаций и связи.

В брошюре приведены сведения о понятии типовых связей и их реакций в технической механике. Введение реакций связей можно сравнить с инженерным искусством. Если реакции введены неверно, то теряется всякий смысл в проведении дальнейших расчетов. К сожалению, эта тема вызывает у многих обучающихся стойкого недопонимания, что приводит к многочисленным ошибкам при проведении расчетов.

Содержание методических указаний отражает часть курса «Основы аналитической механики» и включает в себя примеры решения задач. Для задач разбираемой темы даются краткие исторические сведения, теория, классификация задач и приведены примеры решения.

Рассмотрены основы теории подобия газожидкостных систем и ее связь с построением физико-математических моделей. Приводятся методы приближенного и точного моделирования. Особое внимание уделено анализу процесса переноса массы в движущейся газожидкостной смеси. Рассмотрена физическая интерпретация фундаментальных критериев подобия. Обсуждаются вопросы, связанные с формированием требований к разработке технологического оборудования многофазных испытательных стендов. Освещены вопросы обеспечения единства измерений и метрологических требований к измерениям расхода компонент многофазных потоков с использованием испытательных стендов.

Рассмотрены численные методы решения прямых и обратных задач подземной гидромеханики применительно к разработке месторождений с трудноизвлекаемыми запасами.

В учебном пособии изложены основные теоретические положения об измерениях в медицине, методах медицинской диагностики. В данной части рассмотрены две укрупненные группы методов диагностики: на основе механических проявлений жизнедеятельности, а также пассивные электрические методы. Содержатся вопросы проведения медицинских функциональных исследований на основе исследования низкочастотных акустических колебаний, возникающих при работе сердечно-сосудистой и других систем органов, а также электрических проявлений жизнедеятельности.

В учебном пособии излагаются основы метода молекулярной динамики, являющегося одним из эффективных методов при моделировании физических процессов. Учебное пособие предназначено для подготовки бакалавров по направлению 11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств». Пособие рекомендовано для студентов, обучающихся по данному направлению, а также для специалистов в области конструирования электронных средств.

Издание содержит варианты расчетных индивидуальных заданий по физике и может использоваться в качестве индивидуальных заданий для самостоятельной работы студентов. Все задания сопровождаются подробными указаниями по их выполнению и оформлению, охватывают разделы курса «Физические основы механики, молекулярной физики и термодинамики».

Содержит теоретический и практический материал по метрологии, системе метрологического обеспечения, взаимозаменяемости, стандартизации и сертификации.

Освещаются вопросы моделирования плазменного воздействия на трикотажные материалы на основе природных целлюлозных волокон. Приведен обзор плазменных технологий в отделке хлопчатобумажных и льняных текстильных материалов. Предложена физическая модель воздействия неравновесной низкотемпературной плазмы на целлюлозосодержащие трикотажные материалы, приведены результаты математического моделирования воздействия плазмы на парафиновый слой целлюлозного волокна, представлен обширный экспериментальный материал.

В учебном пособии изложены основные теоретические положения о методах диагностики, применяемых в медицинских акустических приборах, приведены описания датчиков и основных блоков медицинских приборов. Содержатся вопросы проведения медицинских функциональных и клинических исследований на основе взаимодействия акустических полей с биологическими объектами. Рассмотрены различные виды акустических диагностических и терапевтических методов, основанных на различных механизмах взаимодействия акустических волн с биологическими объектами. Приведены образцы заданий для выполнения практических работ, контрольные вопросы и список литературы.

Изложены основы взаимодействия электромагнитных излучений с биологическими объектами. Рассмотрены особенности биологического действия электромагнитных излучений, механизмы их действия на биологические объекты и влияние на человека. Приведены сведения о дозиметрии электромагнитных излучений, их гигиеническом нормировании. Описаны средства защиты от электромагнитных излучений, а также СВЧ-установки, используемые в медицине.

Представлены материалы по применению метода крутильных колебаний при определении момента инерции тел, для которых аналитический способ вычисления этой динамической характеристики сложен или невозможен. При выполнении работы можно наглядно увидеть причину систематической погрешности и оценить ее значение. Эксперимент выполняется на современном оборудовании фирмы Phywe.

В издании компактно изложены все темы первого раздела общего курса физики — механики: кинематика точки и твердого тела, динамика поступательного и вращательного движения, работа и энергия, механические колебания и волны, а также специальная теория относительности. Теоретический материал дополнен примерами с решениями. Содержание пособия соответствует курсу лекций, читаемому авторами в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Приведены формулировки стационарных и нестационарных задач теплопроводности. Рассмотрены основные особенности построения численного решения этих задач в рамках конечно-элементной технологии.

Представлены основные понятия и выражения, необходимые для расчета пространственных параметров гауссова пучка, формируемого устойчивыми двухзеркальными резонаторами и оптической системой. Рассмотрен пример выполнения домашнего задания по дисциплинам «Основы квантовой электроники», «Физические основы лазеров» и «Лазеры», приведены критерии его оценки, а также условия и варианты домашнего задания.

Рассмотрены базовые методы алгоритмизации движения подводных аппаратов в водной среде с учетом действия гидродинамических сил, моментов и присоединенных масс. Представлены основы принятия проектных решений применительно к подводной робототехнике. Приведен пример разработки программного комплекса подводного робототехнического аппарата.

Рассмотрена методика использования программ расчетов в системе MathCAD при проектировании и анализе планетарных и кулачковых механизмов с помощью ЭВМ по нескольким качественным показателям. Приведены алгоритмы программ, которые целесообразно использовать для проведения расчетов в процессе практических занятий с применением ЭВМ в специализированной аудитории, оснащенной электронной интерактивной доской.

В пособии рассмотрены вопросы ламинарного и турбулентного течения в трубопроводах, каналах и щелях. Приведены основные модели турбулентности k – ε, k – ω, SST, RSM. Проанализирована постановка начальных граничных условий. Изложены вопросы применимости моделей турбулентности для расчета течения вязкой жидкости в щелевых уплотнениях поршневых гибридных энергетических машин.

Методические рекомендации по методике преподавания школьного курса физики предназначены для студентов физико-математических факультетов педагогических институтов.

Пособие представляет собой сборник задач по разделам физики «Термодинамика» и «Молекулярная физика». Изложение каждой темы начинается с краткого теоретического введения и сопровождается разобранными примерами решения задач. Представлено 28 вариантов заданий (по восемь задач в каждом), предназначенных в качестве расчетно-графических заданий для самостоятельной работы студентов. Материал отражает требования, предъявляемые к курсу физики ФГОС 3.

Пособие включает в себя краткие основные сведения о физических эффектах в сверхпроводниках, справочный материал, задачи и примеры их решения. Основная цель настоящего пособия – дать краткую и необходимую информацию для закрепления материала в рамках курса Микро- и нанотехнологии.

Изложены базовые положения учебной дисциплины «Механика» по двум ее разделам – Теоретическая механика и Сопротивление материалов. Объем материала определен исходя из минимума необходимых знаний, усвоение которых требуется при изучении механики студентами немеханических направлений подготовки. Отобран наиболее типичный материал, учитывающий требования Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования и современную базовую школьную подготовку студента. Теоретический материал сопровождается подробно разобранными примерами различной сложности.

Пособие предназначено для аудиторной и самостоятельной работы студентов. Во введении студентам даются рекомендации по организации деятельности при отработке тем практических занятий. Рассматриваются принципы, применение которых в процессе решения задач позволяет осуществлять этот процесс с максимальной эффективностью. Для каждой предлагаемой темы практических занятий в пособии представлены: вопросы для подготовки к занятию, характерные алгоритмы решения типовых задач, два комплекта задач и рекомендуемая литература с указанием страниц для обязательного прочтения. В приложении приведены некоторые полезные сведения справочного характера. Пособие может быть использовано студентами и преподавателями как основа для подготовки и проведения практических занятий.

В пособие включены лабораторные работы по механике поступательного и вращательного движения, молекулярно-кинетической теории и термодинамике. В каждую лабораторную работу включено теоретическое описание исследуемого явления. Во вводной части пособия рассмотрены методы статистической обработки результатов измерений.

Книга предназначена для двух аудиторий: для студентов младших курсов бакалавриата и студентов магистратуры. Основное содержание написано для первой аудитории, поэтому здесь отсутствуют тяжеловесные строгие математические доказательства теорем подобия. Для наглядности и простоты изложения сначала приводятся примеры и только затем дается общая схема применения метода. Если для того, чтобы разобраться в теории, излагаемой в первой части, было необходимо знать курсы теоретической механики и сопротивления материалов, то для понимания материала второй части достаточно только школьных знаний. Для второй аудитории – студентов магистратуры, готовящихся к работе по проведению экспериментов, в книгу включены главы с историческими сведениями, обзор литературы по способам вывода критериев подобия, подробный список первоисточников и ссылки на их электронные копии. Содержание пособия нацелено на практическое применение различных методов подобия в реально возникающих задачах для твердых тел, для жидкости и газа. Порядок рассуждений и алгоритмы действий при решении практических задач сопровождаются рисунками и таблицами с логическими схемами.

В первой части пособия рассматриваются физические задачи, математические модели которых могут быть представлены в виде системы обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка. Во второй части на основе метода конечных разностей рассматриваются методы численного решения нестационарных дифференциальных уравнений в частных производных параболического типа.

Изложены результаты теоретических исследований процессов неэквимолярной массоотдачи в системах газ(пар) – жидкость. Приведена разработка методики расчета, интегрированная в программный комплекс вычислительной гидродинамики ANSYS Fluent массобменного оборудования, а также предложена математическая модель и введен параметр, определяющий взаимосвязь движущих сил (параметр p). Модель базируется на численном решении трехмерных нестационарных уравнений переноса массы, энергии, импульса, а также на специально добавленой надстройке UDF, необходимой для корректного расчета массообменных процессов. На основе представленной модели исследовано влияние неэквимолярности, а также получены профили скоростей и концентраций в осесимметричном газовом потоке, осложненном поперечной диффузией, при ламинарном и турбулентном течении пара (газа).

Представлены общие сведения об оптических и других видах электронных микроскопов, основных узлах поляризационного микроскопа Olуmpus ВХ 51 и растрового электронного микроскопа JCM-6000. Рассмотрены основные принципы работы на данных микроскопах.

Учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре ядерной физики физического факультета Воронежского государственного университета.

Учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре ядерной физики физического факультета Воронежского государственного университета.

Учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре ядерной физики физического факультета Воронежского государственного университета.

В курсе лекций рассмотрены вопросы математического моделирования связанных физико-механических задач и применения методов конечных элементов для их решения. Особое внимание уделено связанным задачам электроупругости, термоупругости, пороупругости и задачам взаимодействия деформируемых тел с акустическими средами. Акцентируются математические особенности рассматриваемых задач в их классических и обобщенных постановках. Теоретическая часть пособия подкреплена лабораторными работами по решению модельных задач пьезоэлектричества, термоупругости и задач о взаимодействии твердотельных тел с акустическими средами с использованием программного комплекса ANSYS версии 11.0 и выше. Пособие является переработанной версией в авторском переводе соответствующего англоязычного пособия: Nasedkin A. V., Nasedkina A. A. Finite element modeling of coupled problems: textbook / Rostov-on-Don: publishing house of Southern Federal University, 2015.