Дисципліна «Фізика» призначена для вивчення студентами основних понять про фізичні явища, механізми, закономірності класичної та сучасної фізики.
Дисципліна «Фізика» у переліку компонент освітньо-професійної програми знаходиться у циклі у циклі професійної підготовки.
Програмні компетентності освітньо-професійної програми передбачають:
Інтегральна компетентність: Здатність розв’язувати складні спеціалізовані задачі та практичні проблеми у нафтогазовій галузі із поглибленим рівнем знань та вмінь інноваційного характеру, достатнім рівнем інтелектуального потенціалу для вирішення проблемних професійних завдань .
Загальні компетентності :Здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу; здатність розв’язувати складні спеціалізовані задачі та практичні проблеми із поглибленим рівнем знань та вмінь інноваційного характеру; здатність генерувати нові ідеї; здатність аналізувати основні закономірності й сучасні досягнення механіки суцільного середовища , динаміку механізмів і машин .
Фахові компетентності: Здатність застосовувати базові уявлення про різноманітність технічних об’єктів, розуміння значення енергозабезпечення та енергоефективності для розвитку цивілізації; здатність володіти основними методами спостереження, схематизації, опису, ідентифікації, класифікації та принципами структурної й функціональної організації технічних нафтогазових об’єктів і технологічних процесів; здатність застосовувати сучасні фізичні методи для математичного моделювання.
Очікувані результати навчання з дисципліни
Дисципліна «Фізика» призначена для вивчення студентами основних понять та методів розв'язання фізичних задач, навчити демонструвати здатність і уміння пошуку сучасної науково - технічної інформації з різних джерел, у тому числі з використанням можливостей Інтернет ресурсів. Застосовувати знання, уміння й навики в галузі нафтогазової механіки та молекулярної фізики для дослідження термодинамічних процесів під час транспортування і зберігання енергоносіїв.
У результаті вивчення навчальної дисципліни студент повинен:
Знати:
- кінематичні характеристики руху, рівняння динаміки поступального та обертального руху;
- характеристики механічних та електромагнітних коливань;
- рівняння стану газу, закони термодинаміки;
- характеристики струму, магнітного поля;
- електричні та магнітні властивості речовин;
- закони теплового випромінювання;
- властивості напівпровідників та роботу p-n переходу;
- способи отримання атомної енергії та проблеми ядерної енергетики.
Вміти:
- використовувати набуті теоретичні знання при розв’язанні конкретних технічних завдань;
- розраховувати складні електричні кола;
- проводити розрахунки електричних та магнітних полів і їх вплив на речовину;
- розрізняти матеріали по електричним властивостям;
- аналізувати коливальні процеси;
- користуватись стандартною вимірювальною апаратурою та обробляти результати досліду.
Передумовою для вивчення дисципліни «Фізика» є дисципліни: «Алгебра» (курс закладу середньої освіти), «Геометрія» (курс закладу середньої освіти) та «Фізика» (курс закладу середньої освіти).
Оцінювання по семестрах не додається
Змістовий модуль 1. ФІЗИЧНІ ОСНОВИ КЛАСИЧНОЇ МЕХАНІКИ
Кінематика матеріальної точки і твердого тіла.
Механічний рух та способи його описання. Середні та миттєві швидкості та прискорення. Обертальний рух та його характеристики. Зв’язок лінійних та кутових характеристик при обертальному русі тіла.
Динаміка матеріальної точки і поступального руху твердого тіла.
Основна задача динаміки. Інерціальні системи відліку. Поняття сили, маси, імпульсу. Сучасне трактування законів Ньютона. Основний закон динаміки поступального руху. Центр мас (центр інерції) механічної системи. Рух центра інерції. Перетворення координат Галілея. Механічний принцип відносності. Границя використання класичної механіки. .
Енергія. Закони збереження.
Зовнішні і внутрішні сили. Робота сили. Консервативні і неконсервативні сили. Потенціальна енергія системи. Кінетична енергія. Механічна енергія системи, закон збереження і зміни механічної енергії системи.
Динаміка обертального руху.
Момент сили. Момент імпульсу відносно нерухомої точки, осі обертання. Основне рівняння динаміки обертального руху твердого тіла. Момент інерції тіла відносно нерухомої осі. Теорема Штейнера. Закон збереження моменту імпульсу. Кінетична енергія і робота при обертальному русі.
Механіка рідин та газів.
Тиск у рідині та газі, рівняння нерозривності. Ламінарний та турбулентний режими течії рідин. Рівняння Бернуллі та наслідки з нього. Рух тіл в рідинах і газах.
Механічні коливання.
Гармонічні коливання. Диференційне рівняння гармонічного коливання. Математичний, пружинний та фізичний маятники. Додавання гармонічних коливань однакового напрямку і однакової частоти. Додавання взаємно перпендикулярних коливань. Биття, фігури Ліссажу. Характеристики затухаючих коливань. Диференційне рівняння цього коливання і його розв'язок. Енергія гармонічних коливань. Вимушені механічні коливання. Диференційне рівняння цього коливання і його розв'язок. Механічний резонанс.
Механічні хвилі.
Поздовжні та поперечні хвилі. Рівняння хвилі. Фазова та групова швидкості хвиль. Енергія хвиль. Вектор Умова. Інтерференція хвиль. Стоячі хвилі. Звук. Ефект Допплера для звукових хвиль.
Змістовий модуль 2. ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ ФІЗИКИ ТА ТЕРМОДИНАМІКИ.
Основи молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу.
Молекулярно-кінетична теорія газів. Статистичний та термодинамічний методи дослідження. Термодинамічні параметри. Ідеальний газ. Рівняння стану ідеального газу. Тиск газу з точки зору молекулярно-кінетичної теорії. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії. Середня кінетична енергія частинки. Молекулярно-кінетичне тлумачення температури. Закон рівномірного розподілу енергії по ступеням вільності.
Розподіл молекул Максвела та Больцмана, явища переносу та їх закони.
Розподіл Максвела для молекул за швидкостями і енергіями. розподіл Больцмана для молекул і частинок в потенціальному полі. Найбільш Характерні швидкості молекул. Дослідне підтвердження закону розподілу Максвелла. Середня кількість зіткнень та довжина вільного пробігу молекул. Явища переносу. Дифузія, теплопровідність, в'язкість. Закони Фіка, Фур’є, Ньютона. Поняття про розріджені гази.
I закон термодинаміки.
Робота газу, кількість теплоти, внутрішня енергія системи. Перший закон термодинаміки. Застосування першого закону до ізопроцесів. Класична теорія теплоємності газів. Адіабатичний процес. .
II закон термодинаміки.
Оборотні та необоротні процеси. Колові процеси (цикли). Теплові машини. Цикл Карно та його ККД. Другий закон термодинаміки. Ентропія термодинамічної системи. Статистичний зміст другого закону термодинаміки.
Реальні гази.
Сили міжмолекулярної взаємодії. Рівняння Ван-дер-Ваальса. Ізотерми Ван-дер-Ваальса та їх аналіз. Внутрішня енергія ідеального газу. Ефект Джоуля-Томсона. Зрідження газу.
Тверді тіла та рідини.
Молекулярна будова рідини. Поверхневий натяг. Явище змочування. Формула Лапласа. Капілярні явища. Формула Жюрена. Поверхнево-активні речовини, адсорбція. Кристалічна будова твердого тіла. Фазові переходи твердих тіл. Теплоємність твердих тіл. Закон Дюлонга і Пті. Поняття про квантову теорію теплоємності.
Змістовий модуль 3. ЕЛЕКТРИКА ТА МАГНЕТИЗМ.
Електричне поле у вакуумі
Електричні властивості тіл. Елементарний заряд. Закон збереження заряду. Закон Кулона. Електростатичне поле. Напруженість поля. Принцип суперпозиції. Силові лінії поля. Потік вектора напруженості. Теорема Остроградського-Гауса для поля в вакуумі та її використання для обчислювання полів. Робота сил електростатичного поля. Потенціал. Зв'язок між потенціалом і напруженістю електростатичного поля.
Провідники і діелектрики в електричному полі.
Провідники і діелектрики. Вільні і зв'язані заряди. Поляризованість. Діелектрична сприйнятливість, вектор електричного зміщення. Діелектрична проникність середовища. Теорема Остроградського-Гауса для поля в діелектрику. Електричне поле в провіднику і біля його поверхні. Електроємність відокремленого провідника, взаємна ємність двох провідників. Конденсатори і їх з'єднання. Енергія системи зарядів, зарядженого провідника, конденсатора. Енергія електростатичного поля, об'ємна густина енергії.
Закони постійного струму.
Електричний струм, умови його існування та характеристики. Класична електронна теорія металів. Виведення закону Ома в диференціальній формі. Закон Джоуля-Ленца в диференціальній формі. Узагальнений закон Ома. Електрорушійна сила, напруга. Розгалужені кола. Правила Кірхгофа.
Магнітне поле у вакуумі і речовині.
Магнітне поле. Вектор магнітної індукції. Закон Ампера. Дія магнітного поля на заряди, що рухаються. Сила Лоренца. Магнітне поле струму. Закон Біо-Савара-Лапласа і його використання для обчислення магнітного поля прямолінійного та колового провідника із струмом, соленоїду. Магнітний момент витка із струмом. Закон повного струму. Магнітний потік. Теорема Остроградського-Гауса для магнітного поля. Робота по переміщенню провідника або контуру із струмом у магнітному полі. Речовина у магнітному полі. Намагніченість. Магнітна проникність. Класифікація магнітних матеріалів. Постійні магніти.
Електромагнітна індукція. Рівняння Максвела в інтегральній формі.
Явище електромагнітної індукції. Закон Фарадея для електромагнітної індукції, правило Ленца. Явище самоіндукції. Індуктивність. Енергія магнітного поля. Об'ємна густина енергії. Рівняння Максвела в інтегральній формі для електромагнітного поля.