4. Содержание разделов и тем дисциплины

Раздел 1. Физические основы

Тема 1.1. Основы физики. Механика.

Научный метод познания. Фундаментальные закономерности современного естествознания как теоретический фундамент новых наукоемких технологий. Роль физики в социальном и экономическом развитии общества. Основные направления развития научно-технического прогресса в отрасли.

Понятие состояния системы в классической механике. Основные характеристики и закономерности кинематики и динамики твердого тела. Законы сохранения в механике. Основы теории деформируемого твердого тела. Основные характеристики и закономерности гидромеханики. Ламинарное и турбулентное течения. Примеры использования основ механики для создания современных технологий (гидроэлектростанции, способы уменьшения и увеличения трения, и т.п.).

Тема 1.2. Колебательные и волновые процессы

Гармонический и ангармонический осциллятор. Основные характеристики свободных, затухающих и вынужденных колебаний. Примеры использования колебательных процессов для создания современных прогрессивных технологий (вибрационные технологии; новые возобновляемые источники энергии; резонансные измерительные методики и т.п.). Основные характеристики и закономерности волновых процессов. Волновое уравнение Гельмгольца и дисперсионное соотношение.

Тема 1.3. Статистическая физика и термодинамика.

Статистический метод исследования. Основы молекулярно- кинетической теории. Классическая и квантовая статистика. Основные характеристики и закономерности агрегатных состояний и фазовых переходов. Явления переноса в термодинамических системах. Диффузия, теплопроводность, внутренне трение, электропроводность. Их использование в технологических процессах.

Термодинамический метод исследования. Законы термодинамики. Термодинамические функции состояния. Равновесные состояния и процессы. Неравновесные состояния и процессы. Идеи И.Пригожина и их значение для современной науки. Методы статистической физики и уравнение Больцмана. Синергетика. Концепции самоорганизации. Синергетическая экономика.

Отступление от законов идеальных газов. Реальные газы. Сжигание газов. Реальные газы. Сжижение газов. Получение низких температур. Основы криотехнологий.

Тема 1.4. Электричество и магнетизм.

Основные закономерности и характеристики электростатики. Закон Кулона. Закон Ампера. Сила Лоренца. Закон Био-Савара-Лапласа. Закон Фарадея. Уравнения Максвелла. Ферромагнетизм. Примеры современных прогрессивных технологий: нанотехнология, томография, МГД-генератор, электронные устройства для компьютера, магнитная дефектоскопия, высокотемпературная и низкотемпературная сверхпроводимости, ядерный магнитный резонанс и т.п.

Тема 1.5. Оптические процессы.

Основные характеристики и закономерности геометрической оптики. Основные характеристики и закономерности волновой оптики. Интерференция. Дифракция. Поляризация. Основные характеристики и закономерности квантовой оптики. Примеры использования в прогрессивных технологиях –оптических процессов (волоконно-оптические линии связи, лазеры, фотоэлементы).

Тема 1.6. Элементы атомной физики и квантовой механики.

Кризис классической физики и возникновение квантовой механики. Атом Бора. Волна де Бройля. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Уравнение Шредингера и физический смысл пси-функции. Принцип запрета Паули. Ядерные реакции деления и синтеза.

Применение использования в прогрессивных технологиях—лазерные технологии, нанотехнология, квантовая спектроскопия, атомные электростанции, квантовые компьютеры.

РАЗДЕЛ 2. Химические основы

Тема 2.1. Химическая термодинамика и кинетика.

Энергетика химических процессов. Основные закономерности. Использование тепловых эффектов химических реакций в технологии.

Скорость химических реакций и факторы ее определяющие. Обратимые и необратимые химические процессы. Химическое и фазовое равновесии. Факторы, воздействующие на химическое равновесие. Методы управления технологическими процессами, основанные на изменении скорости химических реакций и смещение химического равновесия.

Тема 2.2. Реакционная способность веществ.

Основные стехиометрические законы. Периодический закон Менделеева и развитие химии. Периодичность, изменение свойств химических элементов и соединений. Кислотоосновные и окислительно-восстановительные свойства элементов и их соединений. Методы расчета материального баланса химических процессов и технологии.

Основные виды и важнейшие характеристики химической связи. Химическая связь, строение и свойства молекул.

Тема 2.3. Химические системы.

Растворы и их природа. Способы выражений концентрации растворов. Растворы не электролитов и их свойства. Теория электролитической диссоциации. Вода как растворитель. Значение воды для технологических процессов. Водоподготовка. Водородный показатель и его влияние на ход технологических процессов, повышение эффективности технологических процессов за счет управления растворимостью. Градиент солености – возобновляемый источник энергии.

Дисперсные системы. Строение, классификация и свойства дисперсных систем. Электрокинетические явления. Электрофоретические процессы, область их эффективного использования. Новые методы формообразования на основе дисперсных систем. Методы очистки сточных вод и дымов. Адсорбция, ее разновидности и использование в технологических процессах.

Электрохимические системы. Межфазный скачек потенциала. Электрохимический ряд напряжений. Основные особенности электрохимических элементов Химические источники тока. Электролиз и его закономерности. Метод обработки поверхности материалов, основанные на электрохимическом воздействии. Электрохимическая коррозия и методы борьбы с ней.

Катализаторы и каталитические системы. Сущность каталитического действия. Гомогенный катализ. Гетерогенный катализ. Методы повышения эффективности технологических процессов за счет использования катализаторов.

Полимеры и олигомеры. Зависимость свойств полимерных материалов от состава и структуры. Использование полимерных материалов в современных технологических процессах. Переработка полимеров.