Организация естественных наук в Европе и США. Прикладные науки. Американский институт нефти. Ученые степени и ученые звания за рубежом. Рейтинги университетов и ученых

 

Организацией, проведением, финансированием и содействием научным исследованиям в США занимаются многие государственные и частные организации, общества и компании. Это, в частности, государственные организации такие как Национальный Научный Совет (NSC), Национальный Научный Фонд (NSF), Национальное Управление Аэронавтики и Космонавтики (NASA), отделы Министерства Обороны такие как Агентство передовых оборонных научных проектов (DARPA), Департаменты Военно-воздушных, Морских, Ракетных сил, Министерства энергетики, транспорта, здравоохранения, Агентства Охраны окружающей среды, Ядерной безопасности, Малого бизнеса и т.п.

Многие из них имеют многомиллиардные бюджеты и хорошо известны во всем мире (например НАСА). Согласно статистике в научные исследования и разработки США вкладывают около 200 млрд долларов, из которых 33% составляет государственное финансирование.

. Американский институт нефти (англ. American Petroleum Institute, сокр. API) — единственная национальная неправительственная организация США, занимающаяся исследованиями всех аспектов и обеспечивающая деятельность по регулированию вопросов в области нефтяной и газовой промышленности. Американский институт нефти был создан 20 марта 1919 года для:

· Сотрудничества с правительством по всем проблемам общенационального значения

· Способствования внешней и внутренней торговле американскими нефтепродуктами

· Повышения интереса к нефтяной промышленности во всех её направлениях

 

 

Одним из направлений деятельности Американского института нефти является разработка стандартов. Первые стандарты API были опубликованы в 1924 году.  Сегодня институт поддерживает более чем 500 стандартов и рекомендуемых практик, охватывающих все сегменты нефтяной и газовой промышленности в целях содействия использованию безопасного, взаимозаменяемого оборудования и проверенных инженерно-технических практик.

Система учёных степеней и званий за рубежом отличается от той, что принята в России и других когда-то дружественных странах.

1. Бакалавр
Такая степень, хоть и звучит красиво, означает лишь то, что человек прослушал общий курс учебного заведения, обычно 4 года или 5 лет.

2. Магистр
Обладатель этой степени уже прошёл специализацию и может заниматься практической деятельностью. В некоторых университетах для её получения необходимо сдавать теоретический экзамен, в других - достаточно посещения занятий. Иногда требуется защитить "малую" диссертацию (thesis), в которой соискатель должен показать умение разбираться в литературе и методиках исследований, проблемах, стоящих перед данной наукой.

3. Доктор философии
Имеющий данную степень уже может преподавать в университете. Но сама философия здесь ни причём, так сложилось исторически. Доктор философии (PhD) - тот, кто не только владеет знаниями, но и глубоко разбирается в теории и методологии данной области науки, умеет интерпретировать факты и понимает ограниченность современных методов исследования. Для этого, например, в Британии нужно обучаться в postgraduate school три года, в США - четыре. Американский аспирант при этом первый год слушает лекции, второй год готовится к экзаменам (как у нас кандидатский минимум), на третьем году обучения проводит исследование, на четвертом его заканчивает, подводит итоги и пишет диссертацию.

 

4. Доктор (естественных, гуманитарных) наук
Степень доктора философии считается высшей. Для США это так, но в Великобритании и Германии существуют более высокие степени. Для их получения нет определённых сроков и подготовки, необходима сама диссертация в 200-300 страниц. Как раз с германского образца и был взят наш доктор наук.

Основным фактором конкурентного успеха университета является его репутация на национальном и международном образовательных рынках. В этом процессе рейтинги играют ключевую роль: попадая в мировой или национальный рейтинг на ведущие места, университет резко повышает свою привлекательность не только для абитуриентов, но также для работодателей, инвесторов и государства, которое может обеспечить его дополнительными субсидиями. Основными показателями эффективности и качества университета в большинстве рейтингов является результативность его деятельности по таким направлениям, как образование, наука, интернационализация и коммерциализация.

 

Систематические погрешности. Сложение случайных и систематических погрешностей. Обработка результатов при косвенных измерениях. Относительная погрешность суммы, разности, произведения и частного. Определение погрешности в произвольном случае. Запись результатов, точность расчетов.

Систематическая погрешность – это погрешность измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющейся при повторных измерениях одной и той же величины. Систематическая погрешность остается постоянной или закономерно изменяющейся при многократных измерениях одной и той же величины. Особенность систематической погрешности состоит в том, что она может быть полностью устранена введением поправок. Случайная погрешность – это погрешность измерения изменяется случайным образом. При повторных измерениях одной и той же величины. Случайные погрешности можно обнаружить только при многократных измерениях. В отличии от систематических погрешностей случайные нельзя устранить из результатов измерений.

 

В реальных опытах присутствуют как систематические, так и случайные ошибки. Пусть они характеризуются стандартными погрешностями s_сист и s _случ. Суммарная погрешность находится по формуле

Иσ²(полн) = σ²(сист) + σ²(случ)

Предельная абсолютная погрешность алгебраической суммы нескольких приближенных чисел равна сумме предельных абсолютных погрешностей слагаемых. Пусть a1, a2, …, an - данные приближенные числа; ∆a1, ∆a2, …, ∆an - их предельные абсолютные погрешности, а u= a1+a2+…+an - алгебраическая сумма этих чисел, тогда

∆u= ∆a1+ ∆a2+ …+ ∆an.

Зная предельную абсолютную погрешность ∆u суммы u, можно определить ее предельную относительную погрешность δ u по формуле

δ u =Δu /│u│ 

Положим, а1, а2,... аn - десятичные дробные числа с различным количеством верных знаков после запятой.

Для того чтобы при их сложении не производить вычислений с лишними знаками, не оказывающими влияния на точность результата, целесообразно поступать следующим образом:

- выделить числа с наименьшим количеством знаков после запятой, т. е. имеющие наибольшую абсолютную погрешность, и оставить их без изменения;

- остальные числа округлить таким образом, чтобы сохранить в них на один знак больше, чем в выделенных числах;

- произвести сложение данных чисел, учитывая все сохраненные знаки;

- полученный результат округлить на один знак.

Для оценки точности результата следует найти:

а) сумму предельных абсолютных погрешностей исходных данных Δ1=Δа1+Δа2+….Δаn

б) абсолютную величину суммы погрешностей (с учетом их знаков) округления слагаемых (Δ2);

в) погрешность округления результата (Δ3). Тогда полная погрешность результата будет равна: Δu=Δ1+Δ2+Δ3

Погрешность разности

Пусть а1 и а2 - заданные приближенные числа, Δа1 и Δа2 - их предельные абсолютные погрешности. Тогда предельная абсолютная погрешность разности u=а1-а2 будет равна сумме предельных абсолютных погрешностей уменьшаемого вычитаемого:

Δu= Δа1+Δа2

Предельную относительную погрешность δu разности u определяют по формуле

δ u =Δu/│u│

Предельная относительная погрешность произведения нескольких приближенных чисел равна сумме предельных относительных погрешностей сомножителей.

Результат измерения записывается в виде, определяемом формулой Запись m= 0.876 ±0.008 г означает, что в результате измерений для массы тела найдено значение 0.876г со стандартной погрешностью 0.008г. Подразумевается, что при вычислении стандартной погрешности учтены как случайные, так и систематические ошибки.

 

 

Общие правила изображения экспериментальных результатов на графиках. Отображение на графиках погрешностей. Проведение кривых через экспериментальные точки. Изображение сложных функций. Определение искомых параметров по результатам измерений.

 

Результаты экспериментов обычно представляют не только в виде таблиц, но и в графической форме. При рассмотрении графика можно увидеть, что какая либо точка выпадает из закономерности. Точки, наносимые на графики, должны изображаться четко и ясно. Точки, полученные в разных условиях (при нагревании и при охлаждении, при увеличении и при уменьшении нагрузки, в разные дни и т. д.), полезно наносить разными цветами или разными значками. Это помогает увидеть новые явления.

Способ изображения на графике экспериментальных результатов зависит от того, известна ли их случайная погрешность. Если случайная погрешность неизвестна (что чаще всего и бывает), то результаты изображаются точками, а если известна, то лучше изображать их не точками, а крестами.

В том случае, если одна из ошибок - из-за своей малости - не может быть изображена графически, результаты изображаются черточками, вытянутыми на величину ±s в том направлении, где погрешность не мала. Важность такого способа изображения результатов ясна из рисунков, на которых изображены одни и те же экспериментальные точки при разных погрешностях измерений.

График (а) несомненно, указывает на нерегулярный ход изучаемой зависимости. Эта зависимость изображена на рисунке кривой линией.

Те же данные при больших ошибках опыта (б) с успехом описываются прямой линией, так как только одно измерение отступает от этой кривой больше, чем на стандартную ошибку (и меньше, чем на две такие ошибки).

То обстоятельство, что при ошибках на (а) данные требуют проведения кривой, а на (б) этого не требуют, проясняется лишь при изображении экспериментальных результатов в виде креста погрешностей.

Из сказанного отнюдь не следует, что, изображая результаты опытов не крестами погрешностей, а простыми точками, мы всегда совершаем ошибку. Если величины погрешностей уже ясны при построении графика, следует, конечно, их изображать. Чаще всего, однако, эти погрешности к моменту построения графика неизвестны, и их разумно определять из разброса точек на графике. В этих случаях экспериментальные данные естественно изображать простыми точками.

Проведение кривых через экспериментальные точки: Через экспериментальные точки всегда следует проводить самую простую кривую, совместимую с этими точками, т.е. кривую, от которой экспериментальные данные отступают, как правило (в 2/3 случаев), не более чем на стандартную ошибку. Примеры таких кривых и изображены на рисунке. Не следует придавать кривым никаких изгибов, если экспериментальным данным, в пределах ошибок, можно удовлетворить и без этого.

При проведении кривой нужно следить за тем, чтобы на каждом достаточно большом ее участке экспериментальные точки располагались как выше, так и ниже кривой. Так, на рис. а левая часть кривой изображена верно, а правая – неверно, т.к. ни одна из точек графика не лежит выше этой части кривой.

Математическое правило проведения кривых заключается в следующем. После того как тип кривой (прямая, окружность, парабола, и т.д.) из тех или иных соображений (чаще всего теоретических) выбран, параметры кривой должны быть подобраны так, чтобы сумма квадратов отклонения от нее всех экспериментальных точек была наименьшей (правило «наименьших квадратов»). Пользоваться этим правилом при графическом изображении экспериментальных зависимостей затруднительно, но при некотором опыте графические изображения данных измерений оказываются практически оптимальными.

При графической обработке результатов следует помнить, что на глаз точно провести через экспериментальные точки можно только прямую линию. Поэтому при построении графика следует стремиться к тому, чтобы ожидаемая зависимость имела вид прямой линии.

Производя измерения, всегда следует заботиться о том, чтобы точки на графике, который потом будет построен, располагались достаточно равномерно.

 

Термометрическое тело и термометрическая величина. Шкалы температур Цельсия, Реомюра, Фаренгейта. Термодинамическая шкала температур. Механические, газовые и жидкостные термометры. Термометры сопротивления, термисторы, термопары, пирометры. Международная практическая шкала температур.

 

Тело, выбираемое для измерения температуры, называется термометрическим. Нужно выбирать такие тела, у которых величина, изменяющаяся при изменении температуры - термометрическая величина - изменялась бы: 1) значительно; 2) монотонно. Прибор для измерения температуры называют термометром. Термометры бывают разные: ртутные, спиртовые, электрические, оптические и др. Они имеют разные термометрические вещества, термометрические величины и свойства.

Шкала Кельвина

В термодинамике используется шкала Кельвина, в которой температура отсчитывается от абсолютного нуля (состояние, соответствующее минимальной теоретически возможной внутренней энергии тела), а один кельвин равен 1/273.16 расстояния от абсолютного нуля до тройной точки воды (состояния, при котором лёд, вода и водяной пар находятся в равновесии). Для пересчета кельвинов в энергетические единицы служит постоянная Больцмана. Используются также производные единицы: килокельвин, мегакельвин, милликельвин и т.д.

Шкала Цельсия

В быту используется шкала Цельсия, в которой за 0 принимают точку замерзания воды, а за 100° точку кипения воды при атмосферном давлении. Поскольку температура замерзания и кипения воды недостаточно хорошо определена, в настоящее время шкалу Цельсия определяют через шкалу Кельвина: градус Цельсия равен кельвину, абсолютный ноль принимается за −273,15 °C. Шкала Цельсия практически очень удобна, поскольку вода очень распространена на нашей планете и на ней основана наша жизнь. Ноль Цельсия — особая точка для метеорологии, поскольку замерзание атмосферной воды существенно всё меняет.

Шкала Фаренгейта

В Англии и, в особенности, в США используется шкала Фаренгейта. В этой шкале на 100 градусов раздёлен интервал от температуры самой холодной зимы в городе, где жил Фаренгейт, до температуры человеческого тела. Ноль градусов Цельсия — это 32 градуса Фаренгейта, а градус Фаренгейта равен 5/9 градуса Цельсия.

В настоящее время принято следующее определение шкалы Фаренгейта: это температурная шкала, 1 градус которой (1 °F) равен 1/180 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, а точка таяния льда имеет температуру +32 °F. Температура по шкале Фаренгейта связана с температурой по шкале Цельсия (t °С) соотношением t °С = 5/9 (t °F - 32), то есть изменение температуры на 1 °F соответствует изменению на 5/9 °С. Предложена Г. Фаренгейтом в 1724.

Шкала Реомюра

Предложенна в 1730 году Р. А. Реомюром, который описал изобретённый им спиртовой термометр.

Единица — градус Реомюра (°R), 1 °R равен 1/80 части температурного интервала между опорными точками — температурой таяния льда (0 °R) и кипения воды (80 °R)

1 °R = 1,25 °C.

В настоящее время шкала вышла из употребления, дольше всего она сохранялась во Франции, на родине автора.

 

Существует несколько видов термометров:

• жидкостные;
• механические;
• газовые;
• электрические;
• оптические.

Жидкостные

Принцип действия такого прибора основан на эффекте расширения или сжатии жидкости, которая заполняет колбу и изменяет свой объем при колебании собственной температуры. Обычно, в него заливают ртуть или спирт, которые тонко реагируют на минимальное изменение тепла в окружающей среде.

В медицине обычно используются ртутные градусники, а вот в метеорологии их заполняют спиртом, поскольку ртутный столбик может застывать уже при -38 градусах.

Механические

Принцип работы прибора данного типа тоже основан на расширении. Но с его помощью определяется температура в зависимости от расширения биметаллической ленты или металлической спирали.

Такие термометры характеризуются высокой точностью, они надежны и просты в эксплуатации.

Как отдельную, самостоятельную модель их, правда, не используют, обычно они применяются в автоматизированных системах.

Газовые

Газовый тип температурного измерителя работает по тому же принципу, что и жидкостное устройство. В качестве рабочего вещества в нем используют какой-либо инертный газ.

Преимущество этого прибора заключается в том, что он может измерять температуру, приближающуюся к абсолютному нулю, и диапазон его измерений колеблется от -271 до +1000 градусов. Это достаточно сложное устройство, которое редко участвует в лабораторных измерениях.

Электрические

Работа такого измерительного прибора связана с зависимостью сопротивления используемого проводника от температуры. Известно, что сопротивление любых металлов линейно зависит от уровня их тепла. Более точные измерения можно получить, если заменить металлические проводники полупроводниками. Однако полупроводники в таких приборах практически не используют, поскольку зависимость между характеристиками полупроводника и уровня тепла нельзя выразить линейно и практически невозможно проградуировать приборную шкалу.

В роли проводника обычно выступает медь, показывающая изменения температур от -50 до +180 градусов. Если взять другой рабочий металл, например, платину, то температурный диапазон ее значительно расширится и составит от -200 до +750 градусов. Такие электрические тепловые датчики используют в лабораториях, на экспериментальных стендах или на производстве.

Оптические

Оптические приборы или пирометры позволяют узнать температуру по уровню светимости тела, анализу его спектра и некоторым другим параметрам. Это бесконтактный прибор, способный измерять, причем с точностью до нескольких градусов, уровень тепла в широчайшем диапазоне – от 100 до 3000 градусов. Чаще всего на практике мы встречаемся с инфракрасными бытовыми термометрами. Такие градусники очень удобны, поскольку позволяют безопасно, быстро и точно определять температуру тела человека.

Существуют и другие, более сложные температурные измерители, например, волоконно-оптические или термоэлектрические. Это очень чувствительные приборы, дающие точнейшие результаты измерения практически без ошибки.

Сопротивление металлов при изменении температуры на 1 К изменяется примерно на 0,4 – 0,6 %, у полупроводников соответствующее изменение сопротивления в 8 – 10 раз больше, чем у металлов.

Это свойство металлов и полупроводников используется для измерения температуры. Приборы, основанные на зависимости сопротивления металлов от температуры, называются термометрами сопротивления, в случае полупроводников – терморезисторами или термисторами.

Термоэлектрический пирометр (термопара). Термопарой называется простейшая термоэлектрическая цепь, состоящая из двух разнородных металлических проводников, спаянных между собой в двух точках и электрически изолированных друг от друга на всем остальном протяжении.

Международная практическая температурная шкала — (МПТШ 68) температурная шкала, установленная в 1968 Международным комитетом мер и весов на основе 11 первичных воспроизводимых температурных точек, каждой из которых присвоено определённое значение температуры.

 

 

Применение источников и приемников излучений в нефтегазовой промышленности. Источники и детекторы видимого, ИК, СВЧ излучения. Тепловые источники излучения. Материалы, применяемые в излучателях.

 

В нефтегазовой промышленности природные радионуклиды могут находиться в жидкостях и газах углеводородных геологических отложений.

Все живое на Земле подвержено воздействию ионизирующего излучения от природных источников, результат воздействия которого называют естественным радиационным фоном. Главными источниками этого излучения являются космическая, солнечная радиация и излучение радиоактивных элементов земной коры. Среди элементов земной коры, в основном, радиоактивными являются уран, торий, калий, а также продукты их распада -радий и радон.

Другим распространенным источником облучения является радиоактивный газ радон, который выделяется из урановых руд и может накапливаться в зданиях и сооружениях.

Радионуклиды могут распадаться разными способами. Наиболее распространенными являются:

альфа (a)- распад, сопровождающийся выходом альфа (a) и гамма (g) – излучения;