Модуль 2: Введение в математическое моделирование

Лекции

Лекция 1. Понятие о математическом моделировании и вычислительном эксперименте. Смысл математического моделирования, основные этапы математического моделирования. Виды математических моделей. Роль математического моделирования в деятельности современного инженера. Использование вычислительной техники на разных этапах математического моделирования. Связь между вычислительным и натурным экспериментом.

Лекция 2. Обзор исследований, выполняемых в рамках научной школы В.С. Зарубина. Математическое моделирование термомеханических процессов в материалах и элементах конструкций. Современные композитные материалы; математическое моделирование их структуры и оценка свойств.

Лекции 3. Обзор исследований, выполняемых в рамках научной школы А.П. Крищенко. Математическое моделирование процессов управления. Общие сведения о нелинейных динамических системах. Процессы управления и их математическое моделирование.

Лекции 4.Математическое моделирование динамических процессов взаимодействия конструкций с потоком жидкости и газа. Некоторые сведения из аэрогидроупругости, актуальность проблемы. Результаты исселедований в области анализа устойчивости и математического моделирования течений.

Лекция 5. Обзор научных направлений, развиваемых в филиале кафедры «Прикладная математика» в ИПМ им. М.В. Келдыша РАН. Разработка численных методов, вопросы построения сеток, исследования в области магнитной гидродинамики, тепломассопереноса, взаимодействия сплошной среды с электромагнитным полем. Высокопроизводительные вычисления; работа в области обоснования численных методов.

Лекции 6. Обзор научных направлений, развиваемых в филиале кафедры «Прикладная математика» в ИПМех им. А.Ю. Ишлинского РАН. Решение классических и неклассических задач механики сплошной среды, исследования в области динамики систем и теории колебаний.

Лекции 7. Обзор научных направлений, развиваемых в филиале кафедры «Прикладная математика» в ЦИАМ им. П.И. Баранова. Математическое моделирование работы авиационных двигательных систем, проблемы динамики и прочности, надежности, ресурса.

Лекции 8-10. Обзор исследований молодых ученых кафедр «Прикладная математика» и «Математическое моделирование». Исследования, проводимые на кафедрах «Прикладная математика» и «Математическое моделирование» магистрантами, аспирантами и молодыми учеными. Научные семинары и конференции, школы молодых ученых. Обзор возможных направлений научной деятельности студентов.

Самостоятельная подготовка

Самостоятельная работа студента заключается в проработке материала лекций, выполнении реферата, подготовке к контрольным работам и рубежным контролям.

Контрольные мероприятия и сроки их проведения

Модуль 1.

1. Контроль по модулю №1 (РК №1) «Введение в историю математики».

Срок проведения – 10 неделя

Модуль 2.

1. Реферат

Срок сдачи – 14 неделя

2. Контроль по модулю №2 (РК №2) «Введение в математическое моделирование».

Срок проведения – 17 неделя

Литература

Основная литература (ОЛ)

10. Панов В.Ф. Введение в специальность «математика». Учебное Пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э Баумана, 2004.

11. Панов В.Ф. Математика древняя и юная / Под ред. В.С. Зарубина. – 2-е изд., испр. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. – 646 с.

12. Панов В.Ф. Современная математика и ее творцы / Под ред. В.С. Зарубина. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. – 646 с.

Дополнительная литература (ДЛ)

5. Курант Р., Роббинс Г. Что такое математика. Элементарный очерк идей и методов / Пер. с англ. М. – Л.: ОГИЗ, Государственное издательство технико-экономической литературы, 1947

6. Тихонов А.Н., Костомаров Д.П. Вводные лекции по прикладной математике. – М.: Главная редакция физико-математической литературы, 1984. – 192 с.

7. Рыбников К.А. История математики. – М.: Изд-во Московского университета, 1974. – 456 с.

8. Бурбаки Н. Очерки по истории математики / Пер. с франц. М.: Изд-во иностр. Лит, 1963. – 292 с.

9. Клайн М. Математика. Поиск истины: Пер. с англ. М.: Мир, 1988.

10. Клайн М. Математика. Утрата определенности: Пер. с англ. М.: Мир, 1984.

ХИМИЯ

Для бакалавров

Модуль 1

Виды аудиторных занятий и самостоятельной работы	Сроки проведения или выполнения,недели	Трудоёмкость,часы	Примечание
1. Лекции	1-7
2. Лабораторные работы	1-7
3. Домашние задания текущие	1-7
4. Рубежный контроль №1

Модуль 2

Виды аудиторных занятий и самостоятельной работы	Сроки проведения или выполнения,недели	Трудоёмкость,часы	Примечание
5. Лекции	8-11
6. Лабораторные работы	9-12
7. Домашние задания текущие	8-12
8. Рубежный контроль №2

Модуль 3

Виды аудиторных занятий и самостоятельной работы	Сроки проведения или выполнения,недели	Трудоёмкость,часы	Примечание
9. Лекции	12-17
10. Лабораторные работы	14-16
11. Домашние задания текущие	13-16
12. Рубежный контроль №3

Модуль 1: Строение вещества, химия элементов и их соединений.

Лекции

Лекция1. Химия как раздел естествознания, значение химии для науки и технологии. Вещество и его строение. Понятие о квантово-механической модели атома водорода. Вероятностный характер процессов в микромире: принцип неопределенности Гейзенберга, волна де-Бройля, волновое уравнение Шредингера. Квантовые числа. Атомная орбиталь. Формы орбиталей. Строение много электронных атомов. Принцип минимальной энергии. Принцип Паули. Правила Хунда и Клечковского.Э лектронные конфигурации атомов. Энергетические характеристики атомов: энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность.

ОЛ – 1, Гл.3; ОЛ – 2, Гл.1; ОЛ- 3, Гл.1; ОЛ – 4, Гл.1.

Лекция2. Химическая связь. Характеристики связи: энергия, длина, валентныйугол. Типы связи. Полярность связи. Понятие о мето демолекулярных орбиталей. Энергетические диаграммы молекулярных орбиталей для бинарных гомоядерных молекул, σ – и π-молекулярные орбитали. Диа- и парамагнитные молекулы. Понятие о методе валентных связей. Гибридизация атомных орбиталей. σ- и π-связи. Геометрическая конфигурация молекул. Электрический момент диполя молекулы.

Лекция3. Ионная связь и ее особенности. Межмолекулярные взаимодействия. Водородная связь. Химическая связь в комплексных соединениях. Строение вещества в конденсированном состоянии. Аморфное и кристаллическое состояние вещества. Типы химической связи в кристаллах. Общие представления о строении кристаллов: элементы симметрии, кристаллографические системы, элементарная ячейка кристаллов кубической системы и ее характеристики.

ОЛ – 1, Гл.4; ОЛ – 2, Гл.3-5; ОЛ – 3, Гл.3-5; ОЛ - 4, Гл.2-3.

Лекция4. Периодическийзакон Д.И.Менделеева и периодическая система элементов. Периодические свойства элементов и их соединений. s-,p-,d-,f – элементы. Расположение металлов в периодической системе элементов. Особенности электронного строения атомов металлов. Общие физические и химические свойства металлов, нахождение в природе. Методы получения.

Лекция5. Физико - химические свойства s – элементов, взаимодействие с простыми и сложными веществами. Щелочные и щелочноземельные металлы. Химические свойства соединений s – элементов с водородом, кислородом, азотом, серой, галогенами. Химия воды. Жесткость воды. Основные виды жесткости. Методы определения жесткости, способы устранения.

Лекция6. Физико-химические свойства d – элементов. Закономерности изменения свойств по группам и периодам. Особенности химического поведения. Химические свойства соединений различных степеней окисления d – элементов. Комплексные соединения. Химические свойства некоторых металлов- хрома, марганца, элементов семейства железа, меди, цинка.

Лекция7.Физико-химическиесвойства p – элементов III, IV и V групп периодической системы, относящихся к металлам. Закономерности изменения химических свойств в группах, взаимодействие с простыми и сложными веществами. Химические свойства некоторых соединений: гидридов, оксидов, галогенидов. Полупроводники. Получение и применение кремния и германия.

ОЛ – 1, Гл.3; ОЛ – 2, Гл.1; ОЛ- 3, Гл.1; ОЛ – 4, Гл.1, 7,8; ОЛ - 5, Гл.1,11,12; ОЛ -6, Р.1,2; ДЛ12,Ч1-3.

Лабораторные занятия

Занятие1.Правила работы в химической лаборатории. Основные понятия и законы химии. Вводное тестирование.

Занятие2.Важнейшие классы химических соединений.

Занятие3.Окислительно-восстановительные реакции.

Занятие4. Строение атома. Химическая связь.

Занятие5. Определение жесткости воды.

Занятие6.Химические свойства d– металлов – Mn, Cu, Fe,Со.

Занятие7.Химические свойства p – элементов – Al, Sn, Pb.

Занятие 8.Защита модуля 1.

МОДУЛЬ 2: Общие закономерности протекания химических процессов

Лекции

Лекции8-9. Элементы химической термодинамики. Первый закон термодинамики. Термодинамические функции: энтальпия и внутренняя энергия. Тепловой эффект реакции. Закон Гесса. Термохимические расчеты. Второй закон термодинамики. Понятие об энтропии. Изменение энтропии в процессах. Третий закон термодинамики. Расчет абсолютных значений стандартных энтропий веществ. Объединенное уравнение первого и второго законов. Термодинамические критерии направленности химических процессов. Энергия Гиббса. Энергия Гельмгольца. Химическое равновесие в гомогенной системе. Константа равновесия. Уравнения изотермы, изобары, изохоры химической реакции. Особенности равновесия в гетерогенных системах. Фазовые равновесия. Правило фаз.

ОЛ – 1,Гл.3,5;ОЛ – 2,Гл.6-9;ОЛ – 3,Гл.6-9;ОЛ – 4,Гл.4;ОЛ – 5,Гл.5-6.

Лекция10-11. Элементы химической кинетики. Понятие о скорости реакции. Зависимость скорости реакции от концентрации. Закон действующих масс. Молекулярность и порядок реакции. Кинетические уравнения реакций нулевого, 1-го и 2-го порядков. Кинетические кривые. Зависимость скорости реакции от температуры. Температурный коэффициент скорости реакции. ПравилоВант-Гоффа. Уравнение Аррениуса. Понятие об энергии активации. Энергетическая диаграмма реакции. Особенности кинетики гетерогенных процессов. Понятие о диффузии и адсорбции. Понятие о теории активированного комплекса. Гомогенный и гетерогенный катализ.

ОЛ – 1, Гл. 4; ОЛ – 2, Гл.10; ОЛ – 3, Гл.10; ОЛ – 4, Гл.5; ОЛ – 5, Гл.7.

Лабораторные занятия

Занятие9.Химическое равновесие в гомогенных и гетерогенных системах.

Занятие10.Кинетика гомогенных химических реакций.

Занятие11.Закономерности протекания химических процессов.

Занятие12.Гетерогенные и каталитические реакции.

Занятие13. Защита модуля 2.

МОДУЛЬ3:Химические и электрохимические процессы в растворах

Лекции

Лекции12-14.Растворы неэлектролитов и электролитов. Классификация растворов. Энергетика образования растворов. Понятие об идеальных растворах. Закон Рауля для неэлектролитов и электролитов. Понятие об осмосе. Слабые электролиты. Теория электролитической диссоциации Аррениуса. Степень и коэффициент диссоциации. Константа диссоциации. Электролитическая диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный и гидроксидный показатели- pH, pOH. Понятие о сильных электролитах. Активность и коэффициент активности. Ионное равновесие в системе раствор – осадок. Произведение растворимости. Диссоциация комплексных ионов. Константа нестойкости. Реакции обмена в электролитах. Гидролиз солей. Электрохимические процессы в электролитах. Возникновение двойного электрического слоя на границе металл-электролит. Электродный потенциал. Уравнение Нернста для электродного потенциала и электродвижущей силы (ЭДС) электрохимической цепи. Стандартный водородный электрод. Ряд стандартных электродных потенциалов. Типы электродов. Гальванический элемент Даниэля-Якоби. Определение направления окислительно-восстановительных реакций. Электролиз. ЗаконыФарадея. Кинетика электрохимических процессов. Понятие о поляризации перенапряжении. Применение электрохимических процессов в технике. Химические источники тока, первичны еэлементы и аккумуляторы.

ОЛ-1, Гл. 6,7; ОЛ – 2, Гл.11-14,16-20; ОЛ – 3, Гл.11-14,16-17; ОЛ – 4, Гл.6; ОЛ – 5, Гл.8-9.

Лекции15-16.Коррозия и защита металлов. Классификация коррозионных процессов по виду разрушений и активности коррозионных сред. Типы коррозионных процессов. Показатели коррозии: глубинный, массовый, объемный, токовый. Химическая коррозия. Механизм высокотемпературной газовой коррозии. Кинетика окисления металлов. Защитные свойства пленок. Электрохимическая коррозия. Механизм электрохимической коррозии: анодное окисление металла, катодное восстановление окислителя. Водородная и кислородная деполяризация. Термодинамическая устойчивость металлов в водной среде. Понятие од иаграмме Пурбе. Влияние различных факторов на скорость коррозии. Примеры коррозионных процессов. Методы защиты металлов от коррозии: рациональное конструирование, обработка коррозионной среды, создание защитных пленок, электрохимическая защита.

ОЛ – 1, Гл. 8; ОЛ – 2, Гл.21-22; ОЛ – 3, Гл.18; ОЛ – 5, Гл.10.

Лекция17. Обзорная лекция. Некоторые представления о нанохимии.

ОЛ – 1, Гл. 7; ОЛ – 2, Гл.19; ОЛ – 3, Гл.17; ОЛ – 5, Гл.15.

Лабораторные занятия

Занятие14.Растворы электролитов.

Занятие15.Электрохимические процессы.

Занятие16.Коррозия и защита металлов от коррозии.

Занятие17. Защита модуля3.

Самостоятельнаяработа

Самостоятельная работа студента заключается в проработке материала лекций, подготовке к выполнению лабораторных работ, входному контролю готовности к выполнению лабораторной работы, оформлении отчетов по лабораторным работам;

выполнении индивидуального задания по тематике лабораторной работы, которое расценивается как защита лабораторной работы. Индивидуальное задание включает в себя 4-6 практических и расчетных задач. Самостоятельная работа является как домашней, так и аудиторной (в том числе под контролем преподавателя на консультациях).

Домашнее задание (ДЗ1): Строение вещества, химия элементов и их соединений (модуль 1) выдается на 1 неделе, сдача на 7 неделе .

Домашнее задание (ДЗ2) : Общие закономерности протекания химических процессов (модуль 2) выдача на 8 неделе, сдача на 12 неделе.

Домашнее задание (ДЗ3):Химические и электрохимические процессы в растворах. (модуль 2) выдача на 13 неделе, сдача на 16 неделе.

Литература

Основная литература (ОЛ)

1.ГуровА.А.,Бадаев Ф.З., Овчаренко Л.П., Шаповал В.Н. Химия. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. -748 с.

2.Горбунов А.И., Гуров А.А.. Филиппов Г.Г., Шаповал В.Н. Теоретические основы общей

химии. – М.: МГТУ, 2001-719с.

3Горбунов А.И., Филиппов Г.Г., Федин В.И. Химия. М.:Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. - 687 с.

4.Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическаяхимия. М.: Химия,2000 –593 с.

5.Ермолаева В.И., Горшкова В.М., Слынько Л.Е. Химияэлементов. Учеб. пособие. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007.- 176 с.

Дополнительная литература (ДЛ))

6.Фадеев Г.Н., Двуличанская Н.Н., Степанов М. Б., Матакова С.А. Решениезадачпокурсу «Химия» длянехимическихвузов. Ч. 2 - М.:Домпедагогики, 2008. – 64 с.

7.Задачипообщей и неорганическойхимии: учеб.пособиедлястудентоввысш. учеб. заведений / Р.А. Лидин, В.А. Молочко, Л.Л. Андреева; подред. Р.А. Лидина. – М.:Гуманитар. изд. центрВладос, 2004. – 383 с.

8.Задачи и вопросыпообщей и неорганическойхимии с ответами и решениями / Ю.М. Коренев, А.Н. Григорьев, Н.Н. Желиговская, К.М. Дунаева. – М.:Мир, 2004. – 368 с.

6.

7. Методические пособия

9.Березина С.Л., Голубев A.M., Горшкова В.М. и др. Лабораторный практикум по курсу химии для технических университетов, ч. 1, ч.2: Методические указания. /Под ред. Фадеева Г.Н./ – М.: МГТУ, 2005, 2009.

10.Романко О.И., Смирнов А.Д., Батюк В.А. Методическиеуказания к выполнениюдомашнегозаданияпобазовомукурсухимии (примерырешения). Ч.1. - М.:Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001,с. 15.

11.Методическиеуказания к выполнениюдомашнегозаданияпокурсу общейхимии./Под ред.Ермолаевой В.И./ – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана ,2003, с.48.

12.Сборникконтрольныхвопросов и задачдлязащитылабораторныхработпокурсухимии: Метод. указания /С.Л. Березина, А.М. Голубев, Е.Е. Гончаренко и др.;Подред. А.М. Голубева - М.: Изд-во МГТУ им.Н.Э. Баумана, 2009. – 84 с.