Научно-исследовательский семинар: практикум по физике низких температур

Бакалавриат 2020/2021

Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»

Статус: Курс обязательный (Физика)

Направление: 03.03.02. Физика

Кто читает: Базовая кафедра физики низких температур Института физических проблем им. П.Л. Капицы РАН

Где читается: Факультет физики

Когда читается: 3-й курс, 3, 4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Завьялов Виталий Вадимович

Язык: русский

Кредиты: 4

Контактные часы: 80

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Курс предназначен для развития навыков к самостоятельной работе в физической лаборатории и предоставляет каждому студенту практическую возможность индивидуально подготовить и провести полноценное низкотемпературное исследование отдельного физического явления. В результате студенты получают представление о специфике работы экспериментатора и смогут определить свою склонность к этому роду деятельности. В начале курса каждый студент получает/выбирает тему своей работы. Список предлагаемых тем формируется в начале курса в соответствии с развивающимися ресурсами низкотемпературного студенческого Практикума и может включать в себя как изучение классических низкотемпературных (как правило, квантовых) явлений, так и работу с образцами, исследуемых в рамках реальных научных исследований. В режиме индивидуального обучения студенты готовят и монтируют образцы, собирают и отлаживают криогенную экспериментальную установку, проводят измерения и обрабатывают полученные результаты. Результаты этой работы оформляются в виде отчёта, подготовленного по правилам подготовки научных статей. Практикум обладает как традиционным низкотемпературным, так и современным электронным оборудованием, предназначенным для подготовки и проведения низкотемпературных электрофизических и оптических измерений в диапазоне температур от комнатной до 1.3К. На время работы в практикуме каждому студенту предоставляется отдельное рабочее место, оснащённое всем необходимым для подготовки и выполнения широкого круга задач

Цель освоения дисциплины

формирование у студентов профессиональных компетенций, связанных с использованием стандартных и оригинальных установок при подготовке и проведении низкотемпературного эксперимента;
приобретение навыков работы с криожидкостями, измерительными приборами и автоматическому сбору и обработки данных;
получение опыта в написании научного отчёта, подготовленного по правилам подготовки научных статей.

Планируемые результаты обучения

Выбрана тема исследования и подготовлен по ней доклад
смоделированы результаты, – построены ожидаемые графические зависимости измеряемых параметров
подготовлена и собрана схема экмперимента
проведена обработка результатов и анализ ошибок
о проделанной работе подготовлен отчет

Содержание учебной дисциплины

Выбор темы исследования
- Ознакомиться со списком предлагаемых тем. - Выбрать тему исследования и подготовить по ней доклад
Оформление результатов и подготовка отчета.
 Обработать результаты измерений и построить графики, содержащие как экспериментальные данные, так и аппроксимирующие их кривые, позволяющие оценить совпадение данных с ожидаемыми зависимостями. Графики должны содержать заглавия, подписи на осях и быть самодостаточно информативными.  Написать научный отчет, содержащий: титульный лист, введение, описание физической модели изучаемого явления, описание экспериментальной методики, изложение и обсуждение полученных результатов, список литературы.
Планирование эксперимента
 Разработать схему измерений и оценить ее возможности.  Рассмотреть величину допустимого измерительного воздействия на образец (напряжение пробоя, возможный тепловой перегрев, стрикция при охлаждении/отогреве и т.д).  Смоделировать результаты, – построить ожидаемые графические зависимости измеряемых параметров.
Подготовка эксперимента.
 Собрать и проверить герметичность криостата (и газового термометра при его использовании).  Наладить термометрию (газовый термометр и/или резистивный датчик).  Собрать измерительную схему и проверить ее в ручном режиме. На этом этапе “нежный” исследуемый образец можно заменить на подходящий тестовый образец – резистор, диод, и т.д.  Написать LabView программу и отладить ее в измерительной схеме с тестовым образцом.
Проведение измерений и обработка результатов.
 Подготовить и смонтировать исследуемые образцы и тоководы к ним в измерительной ячейке криостата.  Провести заливку гелия и запустить процесс измерений по полной программе. Получаемые данные следует безотлагательно сравнивать с ожидаемыми и, в случае их несогласия, выяснить причину (плохой контакт, ошибка в программе, паразитные факторы (перегрев образца, ошибка термометрии и т.д).  Исправить/доработать измерительную схему и повторить измерения. Обычно с первого раза все не работает как надо

Элементы контроля

Доклад по выбранной теме исследования
Оформление результатов и подготовка отчета
Планирование эксперимента

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (4 модуль)
0.3 * Доклад по выбранной теме исследования + 0.7 * Планирование эксперимента

Программа дисциплины