Термический анализ

Аннотация рабочей программы

дисциплины “Термический анализ”

 

Дисциплина «Термический анализ» является частью цикла специальных дисциплин по направлению подготовки «Химия», профиль «Химия твердого тела». Дисциплина реализуется на Факультете естественных наук Национального исследовательского университета Новосибирский государственный университет кафедрой химии твердого тела ФЕН НГУ.

Содержание дисциплины охватывает круг вопросов, связанных с качественным и количественным анализом материалов, исследованием термостимулированных процессов в твёрдом теле и химических реакций.

Дисциплина нацелена на формирование общекультурных компетенций ОК-6, ОК-8, ОК-16, ОК-19, ОК-21, ОК-28, профессиональных компетенций ПК2, ПК-9, ПК-11, ПК-18, ПК-31, ПК-32, ПК-36. выпускника.

Преподавание дисциплины предусматривает следующие формы организации учебного процесса: лекции, практические занятия в компьютерном классе и на приборах термоаналитического комплекса (ТГ, ДСК), задания, выполняемые с использованием компьютеров, самостоятельная работа студента.

Программой дисциплины предусмотрены следующие виды контроля: текущий контроль успеваемости в форме приема заданий, промежуточный контроль в форме дифференцированного зачета. Формы рубежного контроля определяются решениями Ученого совета, действующими в течение текущего учебного года.

Общая трудоемкость дисциплины составляет 1,5 зачетные единицы, 56 академических часов. Программой дисциплины предусмотрены 16 часов лекционных и 16 часов практических занятий, а также 16 часов самостоятельной работы студентов. Остальное время – контроль в форме приема заданий и дифференцированного зачета.

 


1. Цели освоения дисциплины

Курс ставит своей целью подготовку студентов-химиков для выполнения экспериментов с помощью приборов термического анализа, обработки результатов измерений и получения данных о термических свойствах исследуемых материалов. Он включает в себя теоретический материал и задания, выполняемые с использованием современного термоаналитического комплекса фирмы “NETZSCH”, включающего термомеханический анализатор ТМА202, дифференциальный сканирующий калориметр ДСК-204 и термовесы ТГ-207, и программного обеспечения для работы с этими приборами и обработки термоаналитических результатов.

Для достижения поставленной цели выделяются задачи курса: изучение теории теплоёмкости и термического расширения твёрдых тел; современные представления о кинетике реакций разложения и дегидратации; знакомство с принципами работы термоаналитических приборов, с реализацией этих принципов в конкретных приборах фирмы «NETZSCH»; обучение навыкам обработки и интерпретации результатов термоаналитических измерений с помощью лицензионного программного обеспечения.

 

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина «Термический анализ» является частью цикла специальных дисциплин по направлению подготовки «химия», профиль «химия твердого тела».

Дисциплина «Термический анализ» опирается на следующие дисциплины данной ООП:

  • Неорганическая химия;
  • Физика;
  • Физическая химия;
  • Химия твердого тела.

Результаты освоения дисциплины «Термический анализ» используются в следующих дисциплинах данной ООП:

  • Институтская практика.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Термический анализ»:

  • общекультурные компетенции: ОК-6, ОК-8, ОК-16, ОК-19, ОК-21, ОК-28;
  • профессиональные компетенции: ПК2, ПК-9, ПК-11, ПК-18, ПК-31, ПК-32, ПК-36.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

  • знать теорию в рамках представленной программы;
  • иметь представление о технических возможностях современных термоаналитических приборов;
  • уметь выполнять практические задания с использованием имеющегося компьютерного программного обеспечения по обработке результатов термоаналитических экспериментов.

4. Структура и содержание дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 1,5 зачетные единицы, 56 часов.

№ п/п

Раздел дисциплины

Семестр

Неделя  семестра

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость

 (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости
(по неделям семестра)

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Лекция

Лабор. работа

Самост. работа

Прием заданий

Зачет

1.1

Термический анализ. Задачи и оборудование для их решения.

8

1

2

0

1

1.2

Термометрия (температурная шкала, датчики температуры). Термоэлектрические эффекты.

8

2

0

2

1

2.1

Теплоёмкость твёрдых тел. (модели Эйнштейна, Дебая, классический предел)

8

3

2

0

1

2.2

Дебаевская температура. Измерения теплоёмкости методом адиабатической калориметрии. Измерения методом дифференциальной сканирующей калориметрии.

8

4

2

0

1

2.3

Зависимость теплоёмкости от давления. Фазовые переходы

8

5

2

0

1

2.4

Масштабирование температурной зависимости теплоёмкости

8

6

0

2

1

2

Прием 1-го задания, см. п. 6

3.1

Термическое расширение твёрдых тел

8

7

2

1

3.2

Устройство дилатометров (термомеханического анализатора)

8

8

2

0

1

3.3

Термогравиметрия. Устройство термовесов и их применение.

8

9

2

0

1

3.4

Термокинетические измерения и кинетические модели.

8

10

2

0

1

4.1

Планирование термоаналитического эксперимента

8

11

0

2

1

4.2

Создание калибровочных файлов для термоаналитического прибора

8

12

0

2

1

2

Прием 2-го задания, см. п. 6

4.3

Обработка результатов эксперимента (характеристические параметры для реакций и фазовых переходов, импорт и экспорт данных)

8

13

0

2

1

4.4

Обработка результатов эксперимента (точность измерений и типичные ошибки обработки данных)

8

14

0

2

1

4.5

Проведение измерений на приборе термического анализа.

8

15

0

2

1

4.6

Обработка результатов собственных измерений.

8

16

0

2

1

2

Прием 3-го задания, см. п. 6

8

17

2

Дифференцированный зачет

16

16

16

6

2

56

5. Образовательные технологии

Занятия проводятся в лекционной форме, в форме лабораторных работ с использованием компьюторов, оснащённых лицензионным программным обеспечением, и в форме реальных экспериментов на серийном термоаналитическом оборудовании. Измерения проводятся на образцах, предоставляемых самими студентами. Образцы и задачи по их исследованию определяются самими студентами и их руководителями в соответствии с темами дипломных работ.

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины

На протяжении всего курса запланирована самостоятельная работа студентов: работа с литературой, выполнение заданий. Литература имеется в библиотеке и на кафедре в достаточном количестве, компьютерные программы установлены на всех компьютерах в компьютерном классе и доступны для самостоятельной работы студентов всё время за исключением занятий по расписанию. Все задания условно разбиты на три части, после выполнения каждой из частей проводится прием заданий, на котором студенты демонстрируют, насколько они усвоили способы использования теории для расчёта термических свойств твёрдых тел (первое и второе задания) и способов обработки термоаналитических измерений (третье задание).

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

а) основная литература:

  1. В.А. Дребущак, Г.Ю. Шведенков, Термический анализ. – Новосибирск: Новосибирский госуниверситет, 2003 – 114 с.
  2. В.А. Дребущак, Термоэлектричество в термическом анализе и калориметрии. – Новосибирск: Новосибирский госуниверситет, 2009 – 166 с.
  3. Я. Шестак. Теория термического анализа. – М.: Мир, 1987 – 156 с.
  4. M.E. Brown, Introduction to Thermal Analysis. Springer-Verlag, Berlin, 2002, 280 p.
  5. W. Zielenkiewicz, E. Margas, Theory of Calorimetry. Springer-Verlag, Berlin, 2002, 200 p.

б) дополнительная литература:

  1. У. Уэндландт. Термические методы анализа. – М.: Мир, 1978 – 526 с.
  2. С.И. Новикова, Тепловое расширение твёрдых тел. – М.: Наука, 1974 – 292 с.
  3. В. Хеммингер, Г. Хене. Калориметрия. Теория и практика. – М.: Химия, 1990 – 176 с.

в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

  1. An Introduction to Thermal Analysis Techniques. H.K.D.H. Bhadeshia (University of Cambridge, the Department of Materials Science and Metallurgy) Доступно на сайте http://www.msm.cam.ac.uk/phasetrans/2002/thermal.analysis.html
  2. Информационный центр ThermalAnalysis.com. Доступно на сайте http://www.thermalanalysis.com/
  3. Термодинамический центр точных калориметрических исследований при НИИ химии Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского. Доступно на сайте http://www.calorimetry-center.ru/
  4. The Advanced THermal Analysis System расположен The Department of Chemistry at University of Technology in Rzeszow (Albigowa), Poland и ATHAS – MP company, 1608 Bexhill Dr, Knoxville, TN, 37922,USA. Доступно на сайте http://athas.prz.rzeszow.pl/

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

 

  • Ноутбук, медиа-проектор, экран, компьютерный класс.
  • Программное обеспечение, содержащее электронные таблицы и лицензионное программное обеспечение (установлено на все компьютеры в компьютерном классе по согласованию с фирмой-производителем термоаналитического оборудования).

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению «Химия» и профилю подготовки «Химия твердого тела».

Автор:                                                                            Дребущак Валерий Анатольевич

к.х.н., доцент ФЕН НГУ

с.н.с. ИГМ СО РАН