Рис.1 Магнитное и его характеристики.

Известно, что наша планета Земля сама является магнитом, что представлено на вике-странице в цветном оформлении. Затем перечислены основные характеристики магнитного поля и его отличия от электрического поля. Дополнительно к этому приведены графические представления магнитного поля, понятие магнитного потока, силы Лоренца и силы Ампера (рис.2). Из представленных на этом рисунке изображений хорошо виден вихревой характер магнитного поля: силовые линии замкнуты, не имеют начала и конца, либо приходят из бесконечности и уходят на бесконечность. Также здесь указаны правила, по которым можно определить направление силовых линий магнитного поля, силы Ампера и силы Лоренца. В заключительной части вики-страницы приведена цветная фотография полярного сияния, которое возникает вследствие движения космических заряженных частиц около магнитных полюсов Земли.

Рис.2. Силовые линии магнитного поля.

Таким образом, занимаясь созданием вики-страницы на определенную тему, студенты оказываются втянутыми в исследовательскую работу. Несмотря на то, что вопросы физики, взятые как темы вики-страниц, достаточно хорошо изложены в учебной литературе, для создания индивидуальной страницы, отличной от материала учебника и интересной для окружающих, студентам приходится просматривать и изучать разнообразные источники. Также важен дизайн вики-страницы, чтобы привлечь внимание к изучаемой проблеме. Так, например, вика-страница по теме « Токи размыкания и замыкания» начинается со стандартного разбора явления, происходящего в электрической цепи, состоящей из источника питания, ключа, лампочки и параллельно подключенной к ней катушке индуктивности. Суть явления заключается в том, что при замыкании цепи ток в ней нарастает не мгновенно, а постепенно, что объясняется законом электромагнитной индукции. Все это можно показать на демонстрационном опыте, а также теоретически, используя второй закон Кирхгофа, закон электромагнитной индукции и решив соответствующее дифференциальное уравнение. В конце вики-страницы показан человек в каске, который держит в руках штепсельные контакты и периодически их замыкает и размыкает (рис.3).

Рис.3. Токи замыкания и размыкания.

Перед замыканием контактов он поворачивает голову направо и налево, а в момент контакта смотрит на соединение. При замыкании контактов провода начинают светиться, а отраженный свет попадает на лицо человеку. Такая неожиданная концовка сразу выделяет указанную работу из общей массы разработок.

В заключение можно отметить, что электронные курсы по различным дисциплинам не отменяют традиционное преподавание с мелом у доски, а дополняют его и позволяют сделать процесс преподавания более гибким, увлекательным и разнообразным. Можно организовать слайд-лекцию, обзорную лекцию и включить в нее презентации, демонстрации, видеоролики, анимацию. Другим положительным моментом является возможность организовать и контролировать самостоятельную и научную работу студентов путем активного вовлечения их в разработку вики-страниц, прохождения тестов, решения задач и глубокого изучения материалов электронного курса.

 (1)

 (2)

Здесь

Принятые обозначения: R – радиус цилиндра; r,z – цилиндрические координаты, отнесенные к R; ,  – подвижность электронов и ионов; , – концентрации электронов и ионов; e – заряд электрона;  – коэффициент амбиполярной диффузии; ν – частота ионизации; I, E – сила тока и напряженность электрического поля;ν, T,N – скорость, температура и плотность нейтрального газа; a, x, T_R – коэффициенты температуропроводности, теплопроводности нейтрального газа и температура стенки; T_c – средняя по сечению температура газа; q_R – плотность теплового потока на стенку; Pe – число Пекле; Pe_d – диффузионное число Pe; Le – число Льюиса – Семенова; РК – разрядная камера.
Уравнение (1) и (2) оказываются связанными, так как частоты ионизации является функцией от E/N. Зависимость частоты ионизации от отношения E/N в достаточно широких пределах может аппроксимироваться как степенная:

 (3)

где  и показатель степени зависят от рода газа. Система уравнений (1), (2) дополняется краевыми условиями

  (4)

где 

Процесс конвективного теплообмена (КТ) с внутренним источником тепла описывается уравнением

   (5)

где η – доля энергии разряда, идущей непосредственно на увеличение поступательной температуры газа. Уравнение (5) дополняется краевыми условиями:

  (6)

Таким образом, модель положительного столба тлеющего разряда включает уравнения (1), (2) и (5), которые дополняются зависимостью частоты ионизации от отношения E/N (3) и краевыми условиями (4) и (6). Модель справедлива при достаточно низких давлениях, когда рекомбинацией можно пренебречь и основными источниками потерь заряженных частиц являются диффузия и конвективный вынос. Также считается, что скорости газа не слишком большие и выполняется ламинарный режим течения газа в цилиндрическом канале.Решением системы уравнений (1) – (3) с учетом условий (4) будет

   (7)

   (8)

Здесь

Решение уравнения (5) с учетом выражений (7), (8) и условия (6):

    (9)

где

Полученные формулы (7) – (9) для напряженности электрического поля, концентрации электронов и температуры нейтральных частиц учитывают влияние физических свойств и скорости газа, тока, размеров разрядной камеры, температуры стенки, начальных распределений температуры и концентрации электронов. В частном случае при расчетные формулы для указанных параметров примут вид

   (10)

   (11)

  (12)

где 

Для анализа процесса КТ удобно использовать интегральное уравнение баланса энергии нейтрального газа

     (13)

Поделив все члены уравнений (13) на, приведем его к безразмерному виду

     (14)

где

Для расчета и безразмерной средней температуры из (12) следует:

    (15)

где 

Формулы (10), (14), (15) позволяют проанализировать характер изменения по длине РК мощности разряда, теплового потока на стенку, средней температуры и мощности, затрачиваемой на нагрев или охлаждение газа, отнесенных на единицу длины. Из формул следует, что указанные величины зависят от параметров Ω и Le. При Ω=1 мощность разряда не изменяется по длине РК и все тепловые характеристики не зависят от числа Le. Закономерности конвективного теплообмена в этом случае хорошо известны. 

На рис 1. Показаны графики изменения по длине РК безразмерных средних температур и теплового потока на стенку при . Видно, что при достаточно больших числах Le это параметры монотонно увеличиваются по длине РК, приближаясь к своим предельным значениям, равным единице. С уменьшением числа Le характер распределения изменяется: с ростом  параметры  и сначала увеличиваются, превышая предельное значение, достигают максимума, а затем убывают, стремясь к единице. Чем меньше число Le тем больше отклонение от предельного значения (при большем достигается максимум), тем больше длина начального участка. Также проведены расчеты по формулам (10), (14), (15) для двух значений параметраΩ=0,5; 2 и различных значений числа Le. Параметр Ω характеризует степень отклонения напряженности электрического поля в начальном сечении от его значения на предельном участке. Поэтому при  существует два режима изменений величины  по длине РК: в одном случае она возрастает, если, а в противном случае – убывает. На рис.2 представлено распределение параметров по длине РК, входящих в уравнение (14), при . Из сравнения кривых (1 – 1”)следует, что с уменьшением числа Le мощность разряда медленнее изменяется по длине РК. Например, при  мощность разряда для  (кривая 1”) практически достигла своего предельного значения, равного 1, в то время как для значения (кривая 1) она превышает его в 1,58 раза. Поэтому при меньших значениях числа Le влияние мощности разряда при распространяется на больший участок РК, обусловливая соответствующее распределение теплового потока на стенку и средней температуры.

Рис. 2. Распределение безразмерных мощности разряда  (1, 1′, 1”), теплового потока на стенку (2, 2′, 2”), мощности, затрачиваемой на нагрев или охлаждение газа (3, 3′, 3”) по длине РК; 1, 2, 3 – Le=0,05; 1′, 2′, 3′ – Le=0,2; 1”, 2”, 3”- Le=1

В соответствии с характером изменения  и  доля энергии, затраченной на нагрев газа, при достаточно большом Le (кривая 3”) с ростом уменьшается и стремиться к нулю на предельном участке. При меньших значениях числа Le (кривые 3 и 3”) до определенного значения  газ нагревается, а затем охлаждается. 
Из полученных формул и графиков следует, что с увеличением числа Le при определенном значении  тепловой поток на стенку и средняя температура будут расти, если , и уменьшаться, если . Анализ полученных формул также показывает, что чем больше число Le, тем меньше влияние параметра  и начального значения напряженности электрического поля на характеристики разряда. Сравнение с экспериментом показало, что представленная модель плазмы тлеющего разряда согласуется с экспериментальными данными, полученными для разряда в потоке воздуха. При более высоких давлениях в уравнении баланса заряженных частиц необходимо учитывать процесс рекомбинации.