Рабочая учебная программа по дисциплине «физика электронных и ионных процессов (в плазме и на поверхностях)» для специальности 071400 ф изическая электроника icon

Рабочая учебная программа по дисциплине «физика электронных и ионных процессов (в плазме и на поверхностях)» для специальности 071400 ф изическая электроника


Смотрите также:
Рабочая программа по дисциплине радиофизика и электроника...
Рабочая программа по дисциплине радиофизика и электроника...
Рабочая программа Радиофизика и электроника Специальность 010400 физика факультет...
Рабочая программа Радиофизика и электроника Специальность 010400 физика факультет...
Рабочая учебная программа по дисциплине электротехника и электроника факультет...
Рабочая программа по дисциплине основы теории случайных процессов для специальности 014200...
Рабочая учебная программа по дисциплине электротехника и электроника факультет...
Рабочая программа по дисциплине Общая физика...
Рабочая учебная программа по дисциплине: электротехника и электроника (Теоретические основы...
Программа по дисциплине «Квантовая теория» для специальности 010400 -«Физика» реализуемых на...
Рабочая программа по дисциплине «Основы функционирования систем сервиса 2» (Электроника и...
Рабочая программа по дисциплине " Электронная лечебная аппаратура " для специальности i-39 02 03...



Загрузка...
скачать
Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Петрозаводский государственный университет

кафедра информационно-измерительных систем и физической электроники


УТВЕРЖДАЮ

декан физико-технического факультета

В. И. Сысун

"___" _______________ 200__г.

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине


«ФИЗИКА ЭЛЕКТРОННЫХ И ИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

(В ПЛАЗМЕ И НА ПОВЕРХНОСТЯХ)»


для специальности


071400 – физическая электроника

^

ГОС ВПО направления



654100 “ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОЭЛЕКТРОНИКА”



от 10 марта 2000 г. Регистрационный номер 23 тех/дс.


курс 4

семестр 8

Лекции 60 час. Экзамен в 8 семестре

Самостоятельная работа 70 час.

Итого часов трудозатрат на дисциплину (для студента) 130 час.


2008 г.


Рабочая учебная программа составлена на основании

разделов СД.02, СД.03 стандарта ГОС 654100 для специальности 071400 и примерной программы дисциплины «Физика электронных и ионных процессов», рекомендованной Минобразованием России для специальности 071400 и одобренной УМО по образованию в области автоматики, электроники, микроэлектроники и радиотехники 22.11.2000 (протокол № 3).




(примерная/типовая/авторская программа, реквизиты ее утверждения, прилагается)


Рабочая учебная программа обсуждена на заседании кафедры



нед

№ темы

Тема

Самост. раб

Форма конт.

Прим.

1

1

Введение: Роль электронных и ионных процессов в мировоззрении фундаментальной науке и прикладных областях. Общая классификация электронных и ионных процессов в веществе.










2

Взаимодействие электронов и ионов с веществом, каналы взаимодействия, упругие и неупругие взаимодействия. Дифференциальные, полные и общие сечения.

Зад. 1–7




,




3

Столкновения, сечения взаимодействия, их зависимости от энергии сталкивающихся частиц. Виды столкновений. Оценка на основе законов сохранения энергии и импульса доли энергии, передаваемой на изменение внутренней энергии при полном столкновении атомных частиц.













4

Электронно-атомные столкновения. Законы сохранения энергии и импульса при электронно-атомных столкновениях













5

Возбуждение и ионизация при электронно-атомных столкновениях. Оценка сечений. Экспериментальные методы исследования характеристик электронно-атомных взаимодействий (столкновений)













6
^
Электронно-атомные взаимодействия. Ударно-радиационная рекомбинация. Оценка сечений рекомбинации. Ионно-атомные взаимодействия. Перезарядка.













7

Структура среды (плазмы) содержащей заряженные частицы.
^
Плазменные частоты и дебаевский радиус. Экранирование в плазме. Дискретное и непрерывное взаимодействие. Кулоновские взаимодействия

Задачи

1–7,42,43

Про-верка

задач

См.

Прил.




8

Двухжидкостная модель проводящей среды. Магнитогидродинамическое приближение и уравнения Максвелла.













9
^
Уравнение движения элемента проводящей среды в МГД-приближении. Обобщенный закон Ома для проводящей среды и его модификации для частных случаев.













10
^
Проводимость однородной стационарной плазмы без магнитного поля. Продольная и поперечная проводимость холодной однородной плазмы в постоянном магнитном поле

Задачи

14–17

Про-верка

задач

См.

Прил.




11
^
Эффект Холла в плазме МГД-генератора для преобразования тепловой энергии в электрическую. МГД-энергетика.













12

Плазма в неоднородном магнитном поле. Магнитное давление. (МГД-приближение). Скин-эффект в проводящей среде в МГД-приближении.

Задачи

19,20,33,

36

Про-верка

задач

См.

Прил.




13

Колебания и волны в проводящей среде и основные уравнения электродинамики. Приближение колебаний малой амплитуды в МГД-приближении. Связь полей и токов.













14

Закон Ома в приближении колебаний малой амплитуды. Тензоры сопротивлений, проводимости и диэлектрической проницаемости.

Задача

29

Про-верка

задач

См.

Прил.




15

Показатель преломления для волн в однородной плазме с магнитным полем. Прямые и косые волны. Дисперсионное уравнение для волн в холодной плазме в МГД-приближении.













16
^
Структура и свойства колебаний малой амплитуды, распространяющихся вдоль магнитного поля. Резонансные частоты.

Задачи

21-24

Про-верка

задач

См.

Прил.




17
^
Структура и свойства волн, распространяющихся перпендикулярно магнитному полю. Резонансные частоты.

Задача

25

Про-верка

задач

См.

Прил.




18

Альфеновские волны. Области их существования. Фазовая скорость и альфеновский показатель преломления. Затухание волн в плазме. Относительный коэффициент затухания.

Задачи

8-13

Про-верка

задач

См.

Прил.




19

Влияние неоднородностей на дисперсионные свойства плазмы. Звуковые волны, связанные с неоднородностями плотностей газа, электронных и ионных концентраций Ионный звук.













20

Волны в плазме без магнитного поля.

Реферат

Про-верка рефе-ратов







21
Уравнение переноса вещества в плазме с неоднородностью в приближении колебаний малой амплитуды. Закон Ома для неоднородной плазмы в приближении колебаний малой амплитуды.













22

Тензоры сопротивления, проводимости и диэлектрической проницаемости для плазмы с градиентами давления в приближении колебаний малой амплитуд.













23
^
Дисперсионное уравнение для неоднородной плазмы с учетом эффектов давления. Ускоренные и замедленные волны в неоднородной плазме.













24

Основные уравнения дрейфового приближения.

Электрический дрейф. Особенности дрейфа заряженных частиц в неоднородных магнитных полях.













25

Дрейфовое приближение. Поляризационный дрейф. Поперечное и продольное давление магнитного поля в неоднородной плазме.













26
^
Взаимодействие электронов и ионов с поверхностью. Описание процессов на границе поверхности с окружающей средой.













27

Оже-электронная спектроскопия (ОЭС). Физика, техника, приложения.













25
^
Спектроскопия рассеяния электронов поверхностью. Методы исследования и приложения.













29
^
Вторичная ионная масс-спектроскопия (ВИМС).













30
^
Процессы нейтрализации заряженных частиц на поверхности. Заключение: развитие физики, техники и приложений электронно-ионных процессов.

Реферат

Про-верка рефе-ратов





«ФИЗИКА ЭЛЕКТРОННЫХ И ИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В (ПЛАЗМЕ
И НА ПОВЕРХНОСТЯХ)»


^

Методические указания для студента



Цели и задачи курса:

Курс: Часть 2 «физика электронных и ионных процессов в (плазме и на поверхностях)» является продолжением и развитием части 1 «электронные и ионные процессы (эмиссия)». В нем рассматриваются основные процессы, характеризующие взаимодействие (столкновения) электронов и ионнов с партнерами по взаимодействию в плазме и на границеграницах ее с окружающими телами в различных силовых полях.

Задачей курса является развитие знаний и представлений по этой проблеме, т. к. она охватывает широчайший круг вопросов фундаментальных и прикладных проблем, решение которых определяет научно-технический прогресс и инновации в научной, промышленной и даже социальной сферах, формируя профессиональный уровень и кругозор специалистов, способных работать и быть конкурентоспособными на современном рынке труда.

Курс предполагает твердое знание основных концепций и моделей взаимодействия электронов и ионов с веществом, дает знания о теоретических оценках характеристик этих взаимодействий, методах их экспериментального исследования, формирует знания и представления о состоянии науки и техники в области приложений. Вопросы, требующие усвоения определяются программой.

Литература





  1. Энциклопедия «Физика низкотемпературной плазмы»/ Под ред. В. Е. Фортова. Т. 1–9. 2000 г. и далее.

  2. Капцов Н. А. / УФН. 1937. Т. XXII. Вып. 2. С. 217–221.

  3. Капцов Н. А. Электрические явления в газах и вакууме. М.-Л.: ОГИЗ Гостехиздат, 1947. 808 с.

  4. Капцов Н. А. То же, 1959 г.

  5. Хастед Дж. Физика атомных столкновений. М.: Мир. 1965. 710 с.

  6. Мак-Даниэль И. Процессы столкновений в ионизованных газах. М.: Мир, 1967. 832 с.

  7. Смирнов Б. М. Ионы и высоковозбужденные атомы в плазме. М.: Атомиздат, 1974.
    456 с.

  8. Смирнов Б. М. Физика слабоионизованного газа. М.: Наука, 1978. 416 с.

  9. Франк-Каменецкий Д. А. Лекции по физике плазмы. М.: Атомиздат, 1964. 284 с.

  10. Роуз Д., Кларк М., Физика плазмы и управляемые термоядерные реакции. М.: Госатомиздат, 1963. 488 с.

  11. Голант В. Е., Жиглинский А. П., Сахаров С. А. Основы физики плазмы. М.: Атомиздат, 1977.

  12. Шимони К. Физическая электроника. М.: Энергия, 1977.

  13. Грановский В. Л. Электрический ток в газах. Т. 1. М.-Л.: Гостехиздат, 1952.

  14. Грановский В. Л. Электрический ток в газах. Установившийся ток. М.: Наука, 1974.

  15. Гинзбург В. Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Наука, 1967.

  16. Физическая энциклопедия. Т. 1–5. М.: Советская энциклопедия, 1988.


Методические рекомендации для преподавателя


Следовать данной программе.

Контролировать решение студентами задач ( приложение 1).

Использовать демонстрационный материал .( компьютерную презентацию).


ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Физика электронных и ионных процессов

Задачи


  1. Электронная температура и концентрации электронов в плазме определяются значениями, приведенными в таблице. Найдите область применимости МГД-приближе-ния.




Те, эВ

0.5

0.8

1.2

2.1

3

1.1

1.0

0.8

nе см-3

1016

1014

1012

1010

108

106

104

102


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. Электронная циклотронная частота равна 1010 с-1. Электроны движутся в вакууме. Какова напряженность магнитного поля? При какой ориентации вектора скорости электрона, влетающего в однородное магнитное поле относительно вектора напряженности этого поля, частота будет максимальной?


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. Радиус Дебая в однокомпонентной плазме равен 10-2 см, электронная концентрация 103 см-3. Каково значение электронной температуры в этом случае? Выполнимо ли МГД-приближение? Как должна измениться температура, чтобы нарушились условия МГД-приближения?


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. Плазма с Те = 1.5 эВ, nе = 1012 см-3 находится в магнитном поле. Какова должна быть напряженность этого поля, чтобы максимальное значение электронной циклотронной частоты сравнялось бы со значением плазменной частоты?


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. В плазме с nе = 1012 см-3 выполняется МГД-приближение. Для какой области значений Те это утверждение сохранится?




  1. На плазму с nе =109 см-3 и Те = 1 эВ падает электромагнитная волна,. длина которой равна радиусу Дебеля. Какова частота колебаний в этой волне?.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. В верхних слоях атмосферы Земли напряженность магнитного поля ~ 1 эрстед, преобладает водород, давление которого 10-12 мм. рт. ст. (высота около 300 км). Концентрация электронов около 103 см-3, а их средняя энергия около 1 эВ. Применимо ли к описанию такой плазмы МГД-приближение?




  1. В верхних слоях атмосферы Земли напряженность магнитного поля ~ 1 эрстед, преобладает водород, давление которого 10-12 мм. рт. ст. (высота около 300 км). Концентрация электронов около 103 см-3, а их средняя энергия около 1 эВ. Какова будет область частот распространения альфеновских волн в этой плазме?


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. В верхних слоях атмосферы Земли напряженность магнитного поля ~ 1 эрстед, преобладает водород, давление которого 10-12 мм. рт. ст. (высота около 300 км). Концентрация электронов около 103 см-3, а их средняя энергия около 1 эВ. Чему будет равно значение альфеновской фазовой скорости и значение показателя преломления для волн малой амплитуды в этих условиях.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. Плазма, созданная в атмосфере азота при р = 10-2 мм. рт. ст. имеет степень ионизации  = 10-2 ( = При какой напряженности магнитного поля для альфеновских волн в такой плазме фазовая скорость будет равна 108 см/с?


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. Плазма, созданная в атмосфере азота при р = 10-2 мм. рт. ст. имеет степень ионизации  = 10-2 ( = Какова будет альфеновская скорость и показатель преломления при Н = 1.5 эрстеда?


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


12 Плазма, созданная в атмосфере азота при р = 10-2 мм. рт. ст. имеет степень ионизации  = 10-2 ( = Какова будет альфеновская фазовая скорость и напряженность магнитного поля, если ионная циклотронная частота 106 с-1?


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. Плазма, созданная в атмосфере азота при р = 10-2 мм. рт. ст. имеет степень ионизации  = 10-2 ( = При напряженности магнитного поля Н = 0.7 эрстед, каков будет альфеновский показатель преломления и плазменная частота для такой плазмы?


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. В однородной холодной плазме с nе = 1012 -3 нормальная проводимость 21010 с-1. Какова частота межэлектронных столкновений в такой плазме? Каково (в омах) сопротивление единицы объема плазмы?


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


15. Сравните проводимость вдоль осей х и у в плазме, где nе = 1010 см-3, а вектор напряженности магнитного поля с Н = 10 эрстед направлен вдоль х.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


16. Плазма находится в однородном магнитном поле (H = 20 эрстед), направление которого совпадает с направлением продольного электрического поля (Е = 3 В/см). Концентрация электронов ne = 1010 см-3. Найти компоненты тензора проводимости для продольной и поперечной составляющих тока и определить значения проводимости в указанных направлениях, если  = 1010 с-1.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


17. Плазма находится в однородном магнитном поле (Н = 20 э), перпендикулярном продольному электрическому полю (Е = 3 В/см). Частота столкновений в плазме  = 1010 с-1. Найти нормальную проводимость плазмы (без магнитного поля), а также как изменится по сравнению с ней проводимость в этом случае для продольной и перпендикулярной магнитному полю составляющих тока.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


18. Найти компоненты тензора комплексной диэлектрической проницаемости для плазмы, на которую действует электромагнитная волна с частотой 60 кГц, если значение магнитного поля в плазмообразующей среде на основе равно 1.5 эрстед, а концентрация электронов 1012 см–3.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


19. Струя ионизованного Ar (М = 40) со степенью ионизации 0.4 вытекает из резервуара, где давление 50 атм., в вакуум через зазор в башмаках электромагнита, создающего в этом зазоре неоднородное магнитное поле, перпендикулярное струе с Н = 1500 Э/см. Площадь зазора поперек струи 115 см2, а длина вдоль струи 10 см. Найти ускорение, приобретаемое плазменным потоком, и реактивную силу.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. Найти толщину скин-слоя в плазменном шнуре, образованном током высокой частоты (f = 13.6 мГц), если известно, что nе = 1014 см-3, а частота столкновений в плазме  = 1010 с-1.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. На плазму в Аr (М = 40), находящуюся в машинном поле, действует электромагнитное излучение с частотой 80 мГц, возбуждая магнитногидрадинамические волны. Найти относительное затухание волны, если известно, что Н = 1.5 Э, а степень ионизации газа (р = 500 Па) составляет 10% и частота столкновений  = 108 с-1.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------



  1. На плазму в Аr(М = 40), находящуюся в машинном поле действует электромагнитное излучение с частотой 80 мгц, возбуждая магнитногидравлические волны. Найти продольное и поперечное сопротивление такой плазмы, если известно, что Н = 1.5 э, а степень ионизации газа (р = 500 Па) составляет 10% и частота столкновений  = 108 с-1.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. На плазму в Аr(М = 40), находящуюся в машинном поле действует электромагнитное излучение с частотой 80 мгц, возбуждая магнитногидравлические волны. Найти фазовую скорость магнитногидрадинамической волны, если известно, что Н = 1.5 э, а степень ионизации газа (р = 500 Па) составляет 10% и частота столкновений  = 108 с-1.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


24. На плазму в Аr(М = 40), находящуюся в машинном поле действует электромагнитное излучение с частотой 80 мгц, возбуждая магнитногидравлические волны. Найти проводимость плазмы и коэффициент диффузии магнитного поля в плазму, если известно, что Н = 1.5 э, а степень ионизации газа (р = 500 Па) составляет 10% и частота столкновений  = 108 с-1.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. Найти гибридные частоты для магнитнозвуковых волн в холодной плазме в водороде при р = 10-2 мм. рт. ст. и Н = 3 Э со степенью ионизации 0.5.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. Определить область существования (частоты) альфеновских волн в водородной плазме, где Н = 0.7 Э, р = 10-5 мм. рт. ст., степень ионизации 0.5. Каковы будут фазовая скорость и показатель преломления плазмы для этих волн?


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


27. Найти скорость ионного звука в плазме в парах ртути (М = 200), если Тi = 500 К, а Те = 20000 К, i = е = 2.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. Получить тензор сопротивления холодной однородной плазмы для этого случая.




  1. Найти составляющие тензора проводимости холодной однородной плазмы для этого случая.



------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. Найти составляющие вектора среднемассовой скорости для волн, инициированных эффектами давления в плазме.



------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. Найти компоненты тензора сопротивления для волн малой амплитуды в плазме с неоднородностью, вызванной эффектами давления.



------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




Найти тензор сопротивления для плазмы без магнитного поля, но неоднородной из-за наличия градиентов давления.


------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. Газовый поток вытекает из баллона под давлением 150 атм. в вакуум поперек неоднородного магнитного поля. Определить ускорение, получаемое 1 см3 газа, если этот газ – ионизованный водород, толщина диафрагмы – 1 см, а напряженность магнитного поля на пути прохождения газа через диафрагму увеличивается с 20 до 150 Эрстед.




  1. Можно ли считать альфеновскими волны малой амплитуды, распространяющиеся с фазовой скоростью 5109 см/с в ионизованном азоте поперек магнитного поля с напряженностью 300 эрстед, если давление азота в среде составляет 100 мм рт. ст.?


------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. Найти значение показателя преломления магнитногидродинамической волны в плазме неона, находящейся в однородном магнитном поле с H=300 Эрстед, если известно, что длина волны 30 см, а см–3.


------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. Проводимость плазмы составляет 103 с–1. Как глубоко проникает магнитное поле тока, амплитуда которого изменяется с частотой =106 с–1 за время 10–6 с. Плазму можно считать полубесконечной, а ток – текущим по проводящей плоскости, ограничивающей плазму.


------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. Найти отношение для однородной холодной плазмы.



------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. Найти jx и jy в однородной холодной плазме, находящейся в однородном электрическом поле Еx=30 в/см и Н=300 Эрстед, если нормальная проводимость плазмы 0 =1010 с–1.



------------------------------------------------------------------------------------------------------------------



  1. Найти проводимость плазмы вдоль оси y, если известно, что плазма с см–3 находится в однородном магнитном поле (Н=300 Эрстед), а частота столкновения частиц плазмы =109 с–1.



-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. Определить удельное сопротивление однородной холодной плазмы, находящейся в однородном магнитном поле (Н=300 Эрстед) при частоте столкновений частиц плазмы =109 с–1.



-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. В 20 % ионизованном аргоне при давлении 3 мм рт. ст. поперек магнитного поля напряженностью 300 Эрстед распространяется альфеновская волна. Найти ее фазовую скорость и волновое число, если известно, что А=0.1 i.


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. Найти частоту столкновений заряженных частиц в плазме, удельное сопротивление которой составляет 0.1 Омсм, если концентрация электронов ne=1012 см–3.


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------


  1. Плазма в неоне при давлении 10–3 атм. имеет степень ионизации 0.1 и удельное сопротивление 10-2 Омсм. Плазма находится в поперечном магнитном поле (EH), напряженность которого 300 Эрстед. Найти плазменную, ионную и электронную циклотронные частоты, а также частоту столкновений частиц плазмы.


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------









Скачать 193.48 Kb.
оставить комментарий
Дата05.03.2012
Размер193.48 Kb.
ТипРабочая учебная программа, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх