7 - Тюменский государственный нефтегазовый университет

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ
Кафедра Криологии Земли
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплина «Физико-химико-механические основы криологии»
направление: 05.03.01. - Геология
профиль: Гидрогеология и инженерная геология
квалификация: академический бакалавр
форма обучения:
очная
курс 4
семестр 8
Аудиторные занятия 42 часов, в т.ч.:
Лекции – 14 часов
Практические занятия – 28 часов
Лабораторные занятия – не предусмотрено
Самостоятельная работа – 66 часов, в т.ч.:
Курсовая работа (проект) – не предусмотрено
Расчётно-графические работы – не предусмотрено
Контрольная работа – не предусмотрено
др. виды самостоятельной работы –66 часов
Вид промежуточной аттестации:
Зачет – 8 семестр
Экзамен – не предусмотрено
Общая трудоемкость 108, 3 (часов, зач. ед.)
Тюмень
ТюмГНГУ
2014
Рабочая программа разработана в соответствии требованиями Федерального
государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению
подготовки 05.03.01. - Геология (уровень бакалавриата), утвержденного Приказом
Министерства образования и науки Российской Федерации от 07 августа 2014 г. № 954.
Рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры «Криологии Земли»
Протокол № 1 от «28» августа 2014 г.
Заведующий кафедрой _____________________ В.П.Мельников
СОГЛАСОВАНО:
Заведующий
выпускающей кафедрой ____________________ В.П.Мельников
«28» августа 2014 г.
Рабочую программу разработал:
Д.ф-м.н, профессор ____________________ А.В.Шавлов
1. Цели и задачи дисциплины:
Цель изучения:
Целью курса является изучение физических механизмов и способов
описания криогенных процессов и явлений, характерных для дисперсных
отложений литосферы
Задачи изучения дисциплины:
сформировать представления о понятиях и определениях механизмов и
способов описания криогенных процессов и явлений, характерных для
дисперсных отложений литосферы
2. Место дисциплины в учебном процессе
Дисциплина относится к циклу специальные дисциплины.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
качественные и количественные параметры различных видов льда;
уметь:
выбирать способы управления химической активности льда
прогнозировать природные и антропогенные процессы в результате
природоустройства;
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
Всего часов
4
Аудиторные занятия (всего)
34
В том числе:
34
-
-
Лекции
17
17
Практические занятия (ПЗ)
17
17
38
38
-
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа (всего)
В том числе:
-
-
Курсовая работа
Расчетно-графические работы
Подготовка к аттестациям
12
12
Работа по темам
15
15
Подготовка к зачету
11
11
Вид промежуточной аттестации (зачет,
зачет
зачет
72
72
экзамен)
Общая трудоемкость
часы
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов и тем дисциплины
№
Наименование и содержание темы
1.
Введение.
Предмет
и
задачи.
Основные определения и понятия,
основные разделы, связь с другими
науками.
Фазовое равновесие в объемной
системе «лед-вода»
2.
3.
4
5
6
Фазовое равновесие в объемной
системе «лед-водный раствор»
Кол
-во
час
ов
2
2
2
Фазовое равновесие в объемной
системе «водный раствор – твердая
фаза растворенного вещества». Точка
эвтектики.
2
Фазовое равновесие в дисперсных
системах «частица льда в объемной
фазе воды» и «капля воды в объемной
фазе льда».
2
Фазовое равновесие в дисперсных
системах « вода и лед в капиллярнопористых телах»
2
7
Пластическая деформация льда
8
Химико-физические свойства льда
3
2
Формируемые
компетенции
Организовывает
свой
труд,
самостоятельно
оценивает
результаты
своей
деятельности,
владеет
навыками
самостоятельной
работы;
демонстрирует
понимание значимости
своей будущей
специальности,
стремление к
ответственному
отношению к своей
трудовой деятельности;
применяет основные
методы, способы и
средства получения,
хранения и обработки
информации, навыки
работы с компьютером
как средством
управления
информацией;
осуществляет привязку
своих наблюдений на
местности, составляет
схемы, карты, планы;
изучает, критически
оценивает научную и
№
Наименование и содержание темы
Кол
-во
час
ов
Формируемые
компетенции
научно-техническую
информацию
отечественного и
зарубежного опыта по
тематике исследований
геологического
направления;
ИТОГО
17
оценивает инженерногеологические
и
гидрогеологические
условия для различных
видов
хозяйственной
деятельности.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с
обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ Наименование
п/п обеспе-чиваемых
(последую-щих)
дисциплин
1.
Физика
2.
Химия
№ № разделов и тем данной дисциплины,
необходимых для изучения обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
(вписываются разработчиком)
2
4
3
5
5
6
12
14
12
15
16
16
17
18
3
Математика
1
2
3
4
7
14
15
16
5.3. Разделы (модули) и темы дисциплин и виды занятий
№
п/п
1.
2.
3.
4
5
Наименование раздела
дисциплины
Введение. Предмет и задачи.
Основные определения и понятия,
основные разделы, связь с
другими науками.
Фазовое равновесие в объемной
системе «лед-вода»
Фазовое равновесие в объемной
системе «лед-водный раствор»
Фазовое равновесие в объемной
системе «водный раствор –
твердая фаза растворенного
вещества». Точка эвтектики.
Фазовое равновесие в дисперсных
системах «частица льда в
объемной фазе воды» и «капля
воды в объемной фазе льда».
Лекц Практ Лаб.
.
.
зан.
зан.
Сем
ин.
СРС
4
2
2
2
2
4
2
4
2
4
2
4
2
6
2
2
Фазовое равновесие в дисперсных
системах « вода и лед в
капиллярно-пористых телах»
2
7
Пластическая деформация льда
3
4
6
8
Химико-физические свойства льда
2
3
6
6
ИТОГО
17
17
38
6. Перечень семинарских, практических занятий или лабораторных
работ
№
п/п
1
№
раздела
(модуля)
и темы
дисципли
ны
2
Наименование лабораторных работ
Трудоемкость
(часы)
Оценочные
средст-ва
3
4
5
1.
Параметры растворов. Способы
выражения концентрации раствора и 2
соотношения между ними.
2.
Развитие
навыков
работы
с
формулой зависимости температуры
фазового равновесия «лед
2
3. Развитие навыков нахождения
работы с формулой зависимости
температуры фазового равновесия
«лед
2
4. Развитие навыков работы с
формулой зависимости температуры
фазового равновесия «вода
2
Развитие
навыков
работы
с
формулой зависимости температуры
фазового равновесия «лед
2
3.
5
6
7
Расчет температурных
зависимсостей
Расчеты деформации льда
4
3
17
7. . Содержание самостоятельной работы студентов
СРС с преподавателем – 1,5 час.
(индивидуальные консультации студентов в течение семестра);
СРС с группой – 2,3 час.
(текущие консультации перед семестровым контролем, зачетами или
экзаменами);
СРС без
преподавателя - 34,2 час.
(изучение дополнительной литературы и лекционного материала по данной
дисциплине, подготовка к защите лабораторных работ, письменному
тестированию и контрольным работам).
8. Самостоятельная работа студентов без преподавателя:
Перечень вопросов
Кол-во Срок вычасов
полнения
Вид
контроля
№ недели
Тема 1.
Общие условия равновесия фаз.
Равновесие
фаз
вблизи
искривленных поверхностей.
8
3,4,5,6
Тема 2.
Причины блуждания криопэгов
8
8,9,10
11
Тема 3.
Способы получения пресной воды из
больших массивов льда
6
13,14, 15
16
Тема 4.
Моделирование промерзания
массива породы
8
12,13,14,
15
Устный
опрос во
время
аттестации
Вопросы для
семестровог
о контроля
Тестировани
е
Вопросы для
семестровог
о контроля
Устный
опрос
Устный
опрос
Тема 5
8
Способы управления пластичностью
льда
Всего часов
38
Календарный график самостоятельной работы студентов
Самостоятельная
работа
Неделя
1-17
Тема для
самостоятельного
изучения
Лекции
Кол
ичес
тво
с
без
препо препо
часо
дава
дав
вател
теля
ем
с
груп
пой
Литерату
ра
(номера
источник
ов
Форма
контро указаны
в
ля
библиогр
афии
рабочих
програм
м)
17
1-5
Практические
занятия
Лабораторные
работы
17
2,3 час. Индивидуальные
консультации студентов в
течение семестра
2,6 час. Консультации в
группе перед
семестровым контролем,
Самостоятельная
Литерату
ра
работа
Неделя
Тема для
самостоятельного
изучения
Кол
ичес
тво
с
без
препо препо
часо
дава
дав
вател
теля
ем
с
груп
пой
(номера
источник
ов
Форма
контро указаны
в
ля
библиогр
афии
рабочих
програм
м)
зачетом или экзаменом
Тема 1.
3,4,5,6 Общие
условия
равновесия
фаз.
Равновесие
фаз
вблизи
искривленных
поверхностей.
8
Тема 2.
8,9,10
11
Причины
блуждания
криопэгов
8
Устны
й
опрос
во
время
аттеста
ции
Вопрос
ы для
семест
рового
контро
ля
1-3
1-5
Тестир
ование
13,14,
15,16
Тема 3.
Способы получения
пресной воды из
больших массивов
льда
6,2
Вопрос
ы для
семест
рового
контро
ля
2,3,5
Самостоятельная
Литерату
ра
работа
Неделя
Тема для
самостоятельного
изучения
Кол
ичес
тво
с
без
препо препо
часо
дава
дав
вател
теля
ем
с
груп
пой
(номера
источник
ов
Форма
контро указаны
в
ля
библиогр
афии
рабочих
програм
м)
Устны
й
опрос
12-13
14-15
Тема 4.
Моделирование
промерзания
массива породы
6
Тема 5
6
Устны
й
опрос
1-5
Способы
управления
пластичностью льда
Всего:
34,2
9. Рейтинговая система оценки знаний студентов очного обучения
1
№
п/п
2
Виды контрольных испытаний аттеста- аттестация
ция
3
Итого
аттеста-
баллов
ция
Обязательные задания
1. Лабораторные работы – 14 час.
15
10
10
35
2
2
7
11
-
-
54
54
17
12
71
100
7 работ по 5 баллов
(выполнение работы - 2 балла,
оформление – 1 балл,
защита - 2 балла)
2.
3.
Работа на лекциях
Аттестационная контрольная
работа по теоретическому
курсу
Итого
10. Примерная тематика курсовых проектов (работ) (при наличии) – не
предусмотрены
11. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
12. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Специализированная мультимедийная аудитория 506 (4 корпус)
13. Образовательные технологии:
Мультимедийная лекция.
14. Оценочные средства
1. Как изменяется температура плавления льда при повышении давления?
А) понижается на 1°С/100атм,
Б) повышается на 1°С/100атм,
В) остается почти неизменной, <1°С/1000атм
2. Лед – кристалл с упорядоченным расположением атомов
А) атомов кислорода и водорода,
Б) атомов кислорода. Атомы водорода неупорядочены,
В) атомов водорода. Атомы кислорода неупорядочены.
3. Объекты изучения криологии
А) горные породы,
Б) мерзлые породы, льдосодержащие объекты,
В) материалы при криогенных температурах.
4. Сколько атомов кислорода содержится в элементарной ячейке решетки
льда?
А) один атом
Б) два атома
В) четыре атома
Г) шесть атомов.
5. Правила упорядочения атомов кислорода и водорода во льду (правила
Бернала-Фаулера) предполагают, что
А) - возле каждого атома кислорода расположено два протона
- на линии, соединяющей два ближайших атома кислорода,
расположен один протон
Б) - возле каждого атома кислорода расположен один протон
- на линии, соединяющей два ближайших атома кислорода,
расположено два протона
В) - возле каждого атома кислорода расположено два протона
- на линии, соединяющей два ближайших атома кислорода,
расположено два протона
6. Ионный дефект – ион гидроксония реализуется во льду при условии,
что
А) один протон расположен на линии, соединяющей два ближайших
атома кислорода,
Б) два протона расположены вблизи атома кислорода,
В) три протона расположены вблизи атома кислорода
7. Ионный дефект – гидроксид-ион реализуется во льду при условии, что
А) один протон расположен вблизи атома кислорода
Б) два протона расположены на линии, соединяющей два ближайших
атома кислорода,
В) три протона расположены вблизи атома кислорода.
8. Представителем точечного дефекта во льду является
А) дислокация
Б) ориентационный дефект
В) пузырек жидкости в толще льда.
9. Представителем линейного дефекта во льду является
А) дислокация
Б) ориентационный дефект
В) пузырек жидкости в толще льда.
10. Представителем объемного дефекта во льду является
А) дислокация
Б) ориентационный дефект
В) пузырек жидкости в толще льда.
11. Винтовая дислокация в кристаллической решетке реализуется при
условии, что
А) вектор Бюргерса дислокации параллелен краевой линии
дислокации,
Б) вектор Бюргерса дислокации перпендикулярен краевой линии
дислокации,
В) вектор Бюргерса дислокации составляет угол 45° с краевой линией
дислокации,
12. Краевая дислокация в кристаллической решетке реализуется при
условии, что
А) вектор Бюргерса дислокации параллелен краевой линии
дислокации,
Б) вектор Бюргерса дислокации перпендикулярен краевой линии
дислокации,
В) вектор Бюргерса дислокации составляет угол 45° с краевой линией
дислокации,
13. Какие точечные дефекты решетки льда способствуют скольжению
дислокаций?
А) вакансии,
Б) гидратированные электроны,
В) ориентационные дефекты.
14. Какой тип льда можно получить, рассеивая ледяные зерна над
поверхностью переохлажденной воды?
А) беспорядочно ориентированный поликристаллический лед,
Б) поликристаллический столбчатый лед с зернами, удлиненными
вдоль оси «С»
В) поликристаллический столбчатый лед с зернами, удлиненными в
направлении, перпендикулярном оси «С»
15. Какой тип льда можно получить, пропуская переохлажденную воду
через спрессованный снег?
А) беспорядочно ориентированный поликристаллический лед,
Б) поликристаллический столбчатый лед с зернами, удлиненными
вдоль оси «С»
В) поликристаллический столбчатый лед с зернами, удлиненными в
направлении, перпендикулярном оси «С»
16. Какой тип льда можно получить, замораживая воду со стороны
свободной поверхности?
А) беспорядочно ориентированный поликристаллический лед,
Б) поликристаллический столбчатый лед с зернами, удлиненными
вдоль оси «С»
В) поликристаллический столбчатый лед с зернами, удлиненными в
направлении, перпендикулярном оси «С»
17. Название модуля упругости, соответствующего линейному
растяжению (сжатию).
А) модуль сдвига,
Б) модуль объемной упругости,
В) модуль Юнга.
18. Модуль Юнга - это:
А) коэффициент пропорциональности между величиной одноосного
напряжения и относительной линейной деформацией,
Б) коэффициент пропорциональности между величиной касательного
напряжения и углом между гранями до и после деформации,
В) ) коэффициент пропорциональности между величиной
относительного удлинения образца и относительным изменением
ширины.
19. Коэффициент Пуассона - это:
А) коэффициент пропорциональности между величиной одноосного
напряжения и относительной линейной деформацией,
Б) коэффициент пропорциональности между величиной касательного
напряжения и углом между гранями до и после деформации,
В) ) коэффициент пропорциональности между величиной
относительного удлинения образца и величиной относительного
изменения ширины.
20. Модуль сдвига - это:
А) коэффициент пропорциональности между величиной одноосного
напряжения и относительной линейной деформацией,
Б) коэффициент пропорциональности между величиной касательного
напряжения и углом между гранями до и после деформации,
В) ) коэффициент пропорциональности между величиной
относительного удлинения образца и относительным изменением
ширины.
21. Предел прочности - это
А) напряжение, при котором остаточная деформация достигает
значения, устанавливаемого техническими условиями,
Б) напряжение, соответствующее нижнему положению площадки
текучести,
В) наибольшее напряжение, предшествующее разрушению образца.
22. Предел упругости - это
А) напряжение, при котором остаточная деформация достигает
значения, устанавливаемого техническими условиями,
Б) напряжение, соответствующее нижнему положению площадки
текучести,
В) наибольшее напряжение, предшествующее разрушению образца.
23. Предел текучести - это
А) напряжение, при котором остаточная деформация достигает
значения, устанавливаемого техническими условиями,
Б) напряжение, соответствующее нижнему положению площадки
текучести,
В) наибольшее напряжение, предшествующее разрушению образца.
24. Ползучесть - это
А) небазисное скольжение,
Б) деформация под действием постоянной нагрузки,
В) увеличение пластической деформации с течением времени при
постоянной нагрузке.
25. Релаксация механического напряжения льда - это
А) уменьшение механического напряжения льда после снятия
механической нагрузки,
Б) уменьшение механического напряжения льда при фиксированной
деформации,
В) уменьшение механического напряжения льда при фиксированной
нагрузке.
26. Температура стеклования - это
А) температура, при которой кристаллическое состояние превращается
в стеклоподобное,
Б) температура, при которой раствор превращается в стекло при
медленном охлаждении,
В) температура, равная примерно двум третьим абсолютной
температуры плавления.
27. Что происходит при нагревании льда со структурой стекла?
А) лед плавится при температуре ниже 0°С при нормальном
атмосферном давлении,
Б) лед превращается в кристаллический лед при температуре ниже 0°С,
затем плавится при температуре 0°С при нормальном атмосферном
давлении,
В) лед плавится при температуре выше 0°С, при нормальном
атмосферном давлении.
28. Прочность аморфного льда в сравнении с прочностью льда другой
структуры
А) ниже прочности льда со структурой стекла,
Б) выше прочности льда со структурой стекла,
В) выше прочности льда с гексагональной структурой.
29. Скорость пластической деформации, согласно дислокационной теории
ползучести,
А) пропорциональна N·v,
Б) пропорциональна N/v,
В) пропорциональна v/N,
Где N – концентрация дислокаций, v – скорость дислокаций.
30. Поведение химических примесей на фронте кристаллизации воды.
А) Примеси захватываются льдом. Раствор перед фронтом
кристаллизации обедняется примесями,
Б) Примеси отторгаются льдом и накапливаются перед фронтом
кристаллизации,
В) Примеси свободно внедряются из раствора в лед при
кристаллизации.
31. Каково поведение концентрации примесей в воде и во льду при низкой
скорости кристаллизации?
А) увеличивается при увеличении скорости кристаллизации,
Б) уменьшается при увеличении скорости кристаллизации,
В) не зависит от скорости.
32. В какую сторону смещается рН льда, если при его получении анионы
раствора внедрялись в лед интенсивнее катионов?
А) рН практически не зависит от интенсивности внедрения ионов в лед,
Б) в «кислую»
В) в «щелочную»
33. Как зависит толщина кислого (щелочного) слоя льда от условий
кристаллизации?
А) увеличивается при увеличении скорости кристаллизации,
Б) увеличивается при уменьшении скорости кристаллизации,
В) увеличивается при уменьшении коэффициента диффузии примесей.
34. Что такое концентрационное переохлаждение на фронте
кристаллизации?
А) понижение температуры кристаллизации вследствие повышения
концентрации раствора,
Б) понижение концентрации примесей на фронте кристаллизации,
В) повышение температуры кристаллизации вследствие повышения
концентрации раствора.
35. Причины неустойчивости плоского фронта роста льда из раствора.
А) Фактическая температура на фронте кристаллизации выше
температуры ликвидуса,
Б) Фактическая температура на фронте кристаллизации ниже
температуры ликвидуса,
В) Скорость диффузии примесей ниже скорости кристаллизации.
36. Критерий устойчивости плоского фронта роста льда из раствора
требует
А) превышения градиента фактической температуры над градиентом
температуры ликвидуса,
Б) превышения градиента температуры ликвидуса над градиентом
фактической температуры,
В) превышения скорости кристаллизации над скоростью диффузии
примесей.
37. Какие из дефектов приводят к наибольшему концентрационному
переохлаждению на фронте роста льда
А) дислокации,
Б) химические примеси,
В) ориентационные дефекты.
38. Прочность искусственного льда можно увеличить путем:
А) снижения скорости кристаллизации водного раствора,
Б) очистки исходной воды,
В) температурного «отжига» свежеприготовленного льда,
Г) все перечисленные приемы.
39. Наибольшего долговременного снижения коэффициента трения
спортивного льда можно добиться
А) термической обработкой,
Б) термо-механической обработкой,
В) добавлением химических примесей к раствору при замораживании.
40. Какие реакции ускоряются при замораживании водных растворов?
А) органические реакции,
Б) неорганические реакции,
В) хемилюминесцентные реакции,
Г) все перечисленные реакции.
41. Корродируют ли металлы при контакте со льдом?
А) Коррозия не наблюдается,
Б) Коррозия интенсивнее, чем в жидком растворе при такой же
температуре,
В) Корродируют все металлы, в том числе и благородные.
42. Скорость коррозии металлов в аморфном льду
А) монотонно возрастает при нагревании,
Б) проходит через многочисленные максимумы при нагревании,
В) определяется законом Аррениуса при нагревании.
43. Влияние температурного «отжига» на скорость коррозии
А) увеличивает скорость коррозии на порядок,
Б) уменьшает скорость коррозии,
В) не влияет.
44. Модельные представления о влиянии скорости кристаллизации на
интенсивность коррозии
А) интенсивность коррозии увеличивается с увеличением скорости
кристаллизации,
Б) интенсивность коррозии не зависит от скорости кристаллизации,
В) интенсивность коррозии зависит от градиента коэффициента
диффузии примесей на фронте кристаллизации.
45. Причины ускорения коррозии при кристаллизации раствора
А) механическое трение реагирующих частиц на фронте
кристаллизации,
Б) освобождение энергии при рекомбинации структурных дефектов на
фронте кристаллизации,
В) концентрирование химических примесей на фронте кристаллизации.
46. Причины порчи продуктов питания при замораживании
А) механическое повреждение клеток при росте внутриклеточного льда
Б) биохимические реакции, изменяющие химический состав продукта,
В) порча продуктов не наблюдается.
47. Каково поведение химических примесей на фронте кристаллизации
воды?
А) Примеси захватываются льдом. Раствор перед фронтом
кристаллизации обедняется примесями,
Б) Примеси отторгаются льдом и накапливаются перед фронтом
кристаллизации,
В) Примеси свободно внедряются из раствора в лед при
кристаллизации.
48. Прочность гексагонального льда в сравнении с прочностью льда
другой структуры
А) ниже прочности льда со структурой стекла,
Б) выше прочности льда со структурой стекла,
В) ниже прочности аморфного льда.
49. В чем заключается явление релаксации механического напряжения
льда?
А) уменьшение механического напряжения льда после снятия
механической нагрузки,
Б) уменьшение механического напряжения льда при фиксированной
деформации,
В) уменьшение механического напряжения льда при фиксированной
нагрузке.
50. Название модуля упругости, характеризующего линейное растяжение
(сжатие).
А) модуль сдвига,
Б) модуль объемной упругости,
В) модуль Юнга.