- 1 -

Część I

1. Wymień i scharakteryzuj różne rodzaje wewnętrznego uporządkowanie materiałów.

− Krystaliczne – periodyczne, cyperiodyczne, kwazikryształy (uporządkowane w wewnętrznej

budowie materiału)

− Amorficzne – szkła metaliczne (bezpostaciowe, brak uporządkowania)
− Mezomorficzne – ciekłe kryształy (zegarki laptopy) mezo-pośrednie
− Polimery – plastiki

2. Opisz różnice pomiędzy polikryształem a monokryształem.

Monokryształ – pojedynczy kryształ z uporządkowanymi atomami bez defektów
makroskopowych. Materiał będący w całości jednym kryształem nie zależnie od wielkości np.
sól, cukier
Polikryształ – ciało stałe będące zlepkiem wielu monokryształów, budowa nieuporządkowana

3. Czym wyróżnia się spośród wszystkich materiałów krystalicznych - kryształ?

To ciała jednorodne o prawidłowej uporządkowanej budowie wewnętrznej otoczone naturalnymi
płaskimi ścianami. Posiada symetrię translacyjną

4. Wymień podstawowe cechy materiałów krystalicznych.

− jednorodność własności skalarnych (np. gęstość, łupliwość)
− anizotropie własności wektorowych (np. postaci-opisuje wektory)
− symetrie elementów budujących i postaci zewnętrznych

5. Porównaj sieć przestrzenną i sieć krystaliczną.

Sieć przestrzenna – twór abstrakcyjny zbudowany z węzłów. W nich znajdują się całe motywy
wektorów translacji (od punktu do punktu)
Sieć krystaliczna – twór rzeczywisty, zbudowany z atomów cząsteczek lub jonów.(od atomu do
atomu), nieskończenie wiele

6. Na czym polega różnica między materiałem: amorficznym i krystalicznym, co to jest szkło

metaliczne?
Ciało amorficzne – nie występuje uporządkowanie cząsteczek. Ciało stałe ale tworzące
cząsteczki ułożone są w sposób bardziej zbliżony do cieczy
Ciało krystaliczne – stan skupienia materii w którym cząsteczki atomy lub jony nie maja pełnej
swobody przemieszczania się w objętości ciała. Ciała krystaliczne są substancjami jednorodnymi
i anizotropowymi
Szkła metaliczne – czyli stopy metali o strukturze zwykłego szkła okiennego. Przykład Ciała
amorficznego

7. Określ pojęcia: motyw i wektory translacji, w jakim celu są stosowane w krystalografii.

Motyw – grupy powtarzających się atomów(zastępujemy je jednym punktem)
Wektor translacji-to wektor przesunięcia motywu (do czasu aż się powtórzy)
Cel – rozbudowanie komórki elementarnej o motyw który jest przesunięty o wektor translacji w
związku z czym powstaje siec zbudowana z tych komórek

8. Co to są wskaźniki prostej sieciowej? Podaj przykład?

Są to wskaźniki atomu który znajduje się na linii kierunku najbliżej układu (wskaźniki Millera)
np. [100],[010],[001]

- 2 -

9. Podaj symbole kierunków wyznaczonych przez krawędzie komórki elementarnej układu

regularnego.
[100][-100][010][0-10][001][00-1]

10. Opisz na dowolnym przykładzie zasadę wskaźnikowania płaszczyzn sieciowych.

Płaszczyzny Millera: h k l =

P

N

M

1

,

1

,

1

c

OC

P

b

OB

N

a

OA

M

=

=

=

,

,

11. Co to jest pas płaszczyzn krystalograficznych i oś pasa? Podaj przykład.

Pas krystaliczny – zbiór ścian równoległych do jednej prostej
Oś pasa – prosta do której te ściany są równoległe
Równanie pasowe- hu+kv+lw=0
Np. sześcian

12. Wymień wszystkie znane ci systemy klasyfikacji ciał krystalicznych oparte na zasadach

symetrii.
Układy krystalograficzne – 7
Symetria dyfrakcyjna kryształu – 11 klas Lauego
Grupy punktowe – 32 (klasy symetrii)
Grupy przestrzenne – 230

13. Jaką rolę odgrywa symetria w klasyfikacji ciał krystalicznych?

Symetria jest kryterium klasyfikacji ciał krystalicznych. Decyduje o przynależności do: układów
krystalograficznych, klas symetrii, grup przestrzennych

14. Co to są grupy punktowe – podaj przykłady.

Grupy punktowe (klasy symetrii)- kombinacja elementów symetrii przecinających się w jednym
punkcie. Zespól taki może składać się tylko z jednego elementu symetrii np. 1

Są 32 klasy symetrii (1 2 3 4 6)

−

−

−

−

−

6

4

3

2

1

−

1 -środek symetrii

−

2 -m (1 płaszczyzna symetrii lub oś

2-krotna)

15. Czym różnią się operacje symetrii i elementy symetrii w odniesieniu do morfologii

kryształów? Podaj przykład.
Operacją symetrii nazywamy takie przekształcenie które doprowadza do uzyskania powtórzenia
symetrycznego dowolnego motywu. Jest to przekształcenie względem elementu symetrii:
Przekształcenia symetryczne – inwersja, odzwierciedlenie, obrót
Elementy symetrii – punkt, prosta, płaszczyzna
Przykład-?

16. Wymień przykłady znanych ci struktur krystalicznych. Jedną scharakteryzuj.

Struktura

A1 (Miedź)

A2(Wolfram) A3(Magnez)

A4
(Diament)

A9 (Grafit)

Grupa
przestrzenna

m

m

F

2

3

4

−

I

m

m

2

3

4

−

c

m

m

P

2

2

6

F d3m

Inne cechy

w= 74%

w= 68%

------

w=34%

w=16,9%

Liczba

l.k=12

l.k=8

l.k=12

l.k=4

l.k=3

- 3 -

koordynacji
Sekwencja
warstw

abc,abc,abc

------

ab,ab,ab

Ab,ab lub
czasem
abc,abc

Układ

regularny

regularny

heksagonalny regularny

heksagonalny

17. Jakie dodatkowe elementy symetrii pojawiają się w strukturze krystalicznej związane z

operacją translacji?
Translacja polega na równoległym przeniesieniem danego elementu.
Płaszczyzny ślizgowe powstają w wyniku sprzężenia translacji z płaszczyznami symetrii.
−

osiowa a,b,c

−

diagonalna n

−

diamentowa d

Osie śrubowe są wynikiem sprzężenia translacji z osiami symetrii

18. Opisz strukturę krystaliczną A1, A2, A3. Jakie występują różnice w rozmieszczeniu

atomów? Wymień ich grupy przestrzenne i podaj informacje zawarte w tych symbolach.
Odnośnik do 16

19. Co to jest alotropia i polimorfizm? Podaj przykłady.

Alotropia – wystąpienie tego samego pierwiastka w 2 rodzajach struktury (grafit miękki-
diament twardy)
Polimorfizm – polega na wystąpieniu tego samego związku chemicznego w 2 odmiennych
strukturach (ZnS sfaleryt – regularny, ZnS wurcyt-heksagonalny)

20. Na czym polega anizotropia własności kryształów?

Anizotropia – zależność właściwości fizycznych od kierunku. Kryształy wykazują w różnych
kierunkach krystalograficznych różne właściwości. Np. gdyby kryształ wzrastał we wszytkich
kierunkach z tą samą prędkością za każdym razem otrzymywali byśmy kulę.

21. Jakie właściwości kryształów są anizotropowe?

−

prędkość wzrostu,

−

twardość

−

łupliwość

−

przewodnictwo elektryczne

−

współczynnik załamania

22. Na czym polega wiązanie międzyatomowe?

Polega na uwspólnieniu pary elektronów przez 2 elektrony, istnieje w nim bardzo mała różnica
elektroujemności, jest to silne wiązanie. Występuje pomiędzy atomami tego samego pierwiastka.
−

kowalencyjne-atomowe

−

jonowe

−

metaliczne

−

Van der Waalsa

23. Omów zasadę podziału materiałów opartą o klasyfikację wiązań chemicznych.

−

kowalencyjne(atomowe)-przy powstaniu wiązania nie następuje całkowite przejście

elektronów walencyjnych lecz ich uwspólnienie. Wiązanie to jest wiązaniem kierunkowym.

- 4 -

−

jonowe- powstaje gdy elektrony walencyjne jednego atomu elektrododatniego są przyłączone

przez drugi atom elektroujemny. Należą do typu wiązań mocnych

−

metaliczne-występuje w dużych skupiskach atomów pierwiastków metalicznych, które po

zbliżeniu na wystarczająco małą odległość, oddają swoje elektrony walencyjne na rzecz całego
zbioru atomów. Elektrony walencyjne poruszają się swobodnie pomiędzy drgajacvymi
atomami w węzłach tworząc tzw. Gaz Elektronowy

−

Van der Waalsa- jest wynikiem przyciągania siłami Coulombowskimi między dodatnim

końcem jednego a ujemnym końcem drugiego dipola. Wiązanie bezkierunkowe.

24. Omów struktury krystaliczne metali, wymień ich najważniejsze cechy wspólne.

Większość metali ma jedną z 3 struktur krystalicznych
−

regularną ściennie centrowaną np. Ag, Au Pb

−

regularną przestrzennie centrowaną np. Mo, W, Nb

−

heksagonalną zwartą np. Zn, Cd, Mg

25. Scharakteryzuj podstawowe metody rentgenowskich badań materiałów, podaj ich

zastosowania.
1. Metoda Lauego :

−

monokryształ zamocowany na goniometrze

−

promieniowanie o ciągłym widmie (zmienne i)

−

służy głównie do orientacji monokryształów

2. Metoda obracanego kryształu.

−

widmo monochromatyczne,

−

stosuje się do określania struktury dowolnej próbki monokrystalicznej,

−

współczesną odmianą tej metody jest tzw. dyfraktometr czterokołowy, którego podstawą

jest tzw. goniostat Eulera składający się z czterech kół umożliwiających dowolne
zorientowanie kryształu.

3. Metoda proszkowa (Debye’a-Scherera)

−

promieniowanie monochromatyczne

−

promieniowanie ugięte rozchodzi się wzdłuż tworzących stożków koncentrycznych z

wiązką pierwotną.

−

dyfraktometry proszkowe (rentgenowski, neutronowy).

26. Podaj zasady rentgenowskiej analizy fazowej.

Każda substancja krystalograficzna posiada charakterystyczne dla siebie niepowtarzalne widmo
dyfrakcyjne (refleksy o różnym natężeniu pod różnym kątem)
Identyfikacja polega na porównaniu z widmem dyfrakcyjnym wzorcowym dla danej substancji.

27. Na czym polega zdefektowanie materiałów krystalicznych i jaki ma wpływ na ich

własności?
Defekty sieci krystalicznej to niewłaściwie umiejscowienie atomów lub cząsteczek w kryształach
powodujące zaburzanie ich idealnej struktury przestrzennej.
miedzy węzłowa oraz powierzchnie swobodne kryształu.
Wpływ defektów krystalicznych na ich własności: Wady budowy krystalicznej mają istotny
wpływ na własności wytrzymałościowe i plastyczne metali. Najlepszymi własnościami powinny
się cechować metale o idealnej budowie krystalicznej , co potwierdza fakt ze bardzo duże
własności uzyskują kryształy włoskowate czyli monokryształy o jednej tylko dyslokcji śrubowej

28. Jaką role odgrywają dyslokacje w metalach?

Metale są: Plastyczne, kowalne, elastyczne

- 5 -

29. Wymień i scharakteryzuj rodzaje defektów punktowych

1. Defekty punktowe:

−

wakans – brak atomu w pozycji przewidzianej strukturą idealną

−

atom międzywęzłowy.

2. Defekt Schottky’ego – brak w strukturze kationu i anionu (wakans kationowy jest sprzężony z

wakansem anionowym występującym w innym miejscu sieci)

3. Defekt Frenkla – brak kationu lub anionu, który został przesunięty w pozycję międzywęzłową

−

determinuje przewodnictwo elektryczne kryształów jonowych; mają wpływ na zabarwienie

(centra barwne)

30. Co to jest poślizg w materiale krystalicznym i jaki jest w nim udział dyslokacji.

System poślizgu – poślizg polega na czystym ścinaniu warstw kryształu wzdłuż określonych
płaszczyzn i kierunków krystalograficznych.
Mechanizm poślizgu polega na wzajemnym przemieszczeniu jednej części kryształu względem
drugiej w płaszczyznach poślizgu w wyniku ruchu dyslokacji w kierunku poślizgu.

31. Jaką pozytywną i negatywną rolę mogą odgrywać defekty w materiałach

Wady budowy krystalicznej w istotny sposób wpływają na własności wytrzymałościowe i
plastyczne metali. Dążenie do ograniczenia wad budowy krystalicznej jest technicznie b. trudne.
Stosuje się więc metodę umacniania metali przez znaczne zwiększenie gęstości wad budowy
krystalicznej, co można osiągnąć przez stosowanie stopów metali o strukturze polikrystalicznej,
w wyniku rozdrobnienia ziaren, wydzielania faz o dużej dyspersji, a także przez zgniot wskutek
odkształcenia plastycznego na zimno.

32. Jakie defekty występują w materiałach polikrystalicznych?

W materiałach polikrystalicznych występują te same defekty co w monokryształach, a oprócz
tego różnego rodzaju defekty powierzchniowe: granice ziaren różnych typów i granice
międzyfazowe. W materiałach polikrystalicznych może też występować tzw struktura
mozaikowa (poligonalna lub podziarnowa).

33. Czym różnią się granice wysokokątowe i niskokątowe

−

niskokątowa- granica pomiędzy blokami o wartości kąta dezorientacji bloków wynosi od kilku

sekund dc kilku minut( w wyjątkowych przypadkach do kilku stopni). Jest charakterystyczna
dla monokryształów.

−

wysokokątowa- granice występujące między ziarnami zdezorientowanymi w stosunku do

siebie są powyżej kilki stopni( 8-10). Jest charakterystyczna dla polikryształów.

34. Na czym polega odkształcenie plastyczne

Odkształcenie plastyczne – jest to takie odkształcenie, które nie ustępuje po usunięciu
obciążenia, który je wywołało.
Głównym mechanizmem odkształcenia plastycznego jest poślizg, czyli przesuwanie jednej
części kryształu względem pozostałej, wzdłuż uprzywilejowanej płaszczyzny w określonym
kierunku. Wielką rolę przy odkształceniu plastycznym na drodze poślizgu odgrywają defekty
strukturalne, głównie dyslokacje.

35. Co to jest naprężenie i odkształcenie krytyczne, podaj przykład?

−

Naprężenie krytyczne -jest to naprężenie graniczne powyżej, którego dochodzi do zerwania

materiału

−

Odkształcenie krytyczne -jest to maksymalne odkształcenie materiału powyżej, którego

dochodzi zerwanie

- 6 -

36. Na czym polega statyczna próba na rozciąganie? Jakie możemy w ten sposób uzyskać

informacje?
Podstawowa metoda badań wytrzymałościowych dla metalowych materiałów konstrukcyjnych.
W statycznej próbie rozciągania rozciąga się odpowiednio wykonany pręt o przekroju okrągłym
wykorzystując urządzenie zwane zrywarką. W czasie próby rejestruje się zależność przyrostu
długości próbki od wielkości siły rozciągającej oraz rejestruje się granicę sprężystości,
przewężenie próbki i siłę zrywającą próbkę.

37. Co jest miara twardości materiału w pomiarze przy pomocy twardościomierza?

Twardość wyznacza się ze stosunku siły obciążającej wgłębnik F do powierzchni pobocznicy
odcisku: HV = siła obciążająca w kG / powierzchnia pobocznicy odcisku w mm2.

- 7 -

Część II

1. Na jakich zasadach tworzą się stopy metali?

Stopy uzyskuje się przez stopienie składników, a następnie ich schłodzenie. Stop najczęściej
posiada odmienne właściwości od jego elementów składowych.

2. Na czym polega równowaga faz?

Równowaga fazowa następuje wówczas, gdy w określonych warunkach termodynamicznych
stosunki ilościowe między fazami układu, tj. skład fazowy, pozostają stałe. Układy równowagi
fazowej to graficzne przedstawienie udziału faz w stopie.

3. Kiedy mamy do czynienia ze stopem wielofazowym?

Stopy wielofazowe składają się z mieszanin składników lub roztworów stałych.
Najważniejszymi cechami stopów wielofazowych w stanie równowagi są:
−

struktura krystaliczna i skład chemiczny faz,

−

udział objętościowy faz,

−

kształt i sposób rozmieszczenia ziaren faz.

4. Podaj przykłady stopów jednofazowych

???

5. Na czym polega rozpuszczalność składników w fazie stałej?

???

6. Jak krystalizuje ciekły stop jeśli jego składniki nie rozpuszczają się lub rozpuszczają się

częściowo?
???

7. Na czym polega proces wydzielania w fazie stałej? Podaj przykład.

???

8. Co to jest przemiana eutektyczna? Podaj przykład

Przemiana eutektyczna (L

α + β) jest przemianą, w której udział biorą dwie lub więcej faz o

określonym składzie. Podczas przemiany w czasie chłodzenia, ciecz przemienia się w dwie fazy
stałe jednocześnie. Zachodzi ona w stałej temperaturze, zwanej temperaturą eutektyczną. Jest
ona na ogół znacznie niższa od temperatury krzepnięcia czystych składników.???

9. Na czym polega krystalizacja wtórna? Podaj przykład.

Krystalizacja wtórna występuje między solidusem, a linią którą wyznaczają punkty PSK. Są to
przemiany budowy krystalicznej metali w stanie stałym. Podstawowymi przemianami, które
zachodzą w stopach żelaza z węglem w stanie stałym są: c<<a na linii, którą tworzą punkty GS,
przemiana austenitu w perlit, która zachodzi w temperaturze A1=738°C na linii powstałej z
punktów PSK. Liniami wydzielania cementytu są: pierwszorzędowego z cieczy (linia DC),
drugorzędowego z austenitu(linia ES), trzeciorzędowego z ferrytu(linia SQ).

10. Podaj przykłady różnych przemian fazowych zachodzących w fazie stałej. Czym się

różnią?
Przemiana eutektoidalna – biorą w niej udział trzy fazy, podczas chłodzenia faza stała
przemienia się w dwie inne fazy stałe jednocześnie, γ

α + β

Przemiana perytektoidalna – w czasie chłodzenia, dwie fazy stałe reagują ze sobą i powstaje
jedna - nowa faza stała, α + β

γ

- 8 -

11. Na czym polega przemiana bezdyfuzyjna?

Podczas tej przemiany następuje tylko przebudowa sieci przestrzennej żelaza γ na żelazo α bez
zmiany koncentracji węgla w roztworze stałym, otrzymana struktura to martenzyt.

12. Porównaj dwa typy stopów metali: fazy międzymetaliczne i roztwory stałe. Podaj

przykłady konkretnych stopów
Faza międzymetaliczna – faza której struktura i właściwości są pośrednie między roztworem
stałym i związkiem chemicznym. Charakteryzuje się strukturą krystaliczną odmienną od
struktury składników, uporządkowanym rozmieszczeniem atomów składników w sieci, stałą
proporcja atomów np. Fe

3

C oraz wiązanie metalicznym.

13. Co to jest nadstruktura?

Nadstruktura – uporządkowanie dalekiego zasięgu określonych składników krystalicznego
roztworu stałego substytucyjnego, powstaje poprzez rozszczepienie się zbioru równoważnych
pozycji atomów w danej komórce elementarnej na dwa różne podzbiory, które są obsadzane
poprzez odmienne atomy.

14. Jakie roztwory stałe tworzy węgiel z żelazem? Czym one się charakteryzują?

−

Ferryt (α) – międzywęzłowy roztwór stały węgla w Fe α o maksymalnej zawartości węgla

0,022 % w temperaturze 727ºC

−

Austenit (γ) – międzywęzłowy roztwór stały węgla w Fe γ o maksymalnej zawartości węgla

2,14 % w temperaturze 1147ºC

−

Cementyt – faza międzymetaliczna (międzywęzłowa) zawierająca 6,7% węgla, krystalizująca

w temperaturze 1252ºC

−

Perlit – mieszanina eutektoidalna ferrytu z cementytem zawierająca 0,77% węgla. Powstaje

podczas przemiany eutektoidalnej w temperaturze 727ºC. Nazwę swą zawdzięcza perlistemu
odcieniowi, jaki posiada wypolerowany przekrój tego stopu. Perlit ma budowę ziarnistą.
Pojedyncze ziarno perlitu zbudowane jest z płytek (w przekroju widocznych jako linie) ferrytu
i cementytu ułożonych na przemian.

−

Ledeburyt - mieszanina eutektyczna austenitu z cementytem, zawierająca 4,3% węgla.

Ledeburyt powstaje w krzepnącym ciekłym roztworze żelaza z węglem, gdy zawartość węgla
jest w granicach 2,06% - 6,67%, w temperaturze 1147°C, jest stabilny do temperatury 727°C.

15. Ferryt i cementyt – jakie to stopy?

Patrz wyżej

16. Stal, jaki to stop? Podaj składniki tego stopu i scharakteryzuj je

Stal – stop żelaza z węglem plastycznie obrobiony i plastycznie obrabialny o zawartości węgla
nie przekraczającej 2,06%. Węgiel w stali najczęściej występuje w postaci perlitu płytkowego.
Składa się z żelaza, węgla, ze składników stopowych (chrom, nikiel, mangan, miedź, tytan), jak
również z zanieczyszczeń (tlen, azot, siarka, wtrącenia niemetaliczne).

17. Co to jest perlit? Kiedy się tworzy i jaki ma skład

Patrz 14, czwarty myślnik.

18. Porównaj stal i żeliwo.

Stal

śeliwo

stop żelaza z węglem

stop żelaza z węglem

zawiera od 2% do 3,6% węgla

zawiera 2,11% węgla

występuje w postaci perlitu płytkowego

występuje w postaci cementytu lub grafitu

- 9 -

otrzymuje się z surówki w procesie
świeżenia

otrzymuje się przez przetapianie surówki z
dodatkami złomu stalowego lub żeliwnego
w piecach zwanych żeliwniakami

skurcz odlewniczy (-1,0% do 2,0%)

19. Czym różni się stal węglowa od stali stopowej? Podaj przykładowe składy

stal węglowa

stal stopowa

jej charakterystykę kształtuje węgiel

oprócz węgla występują inne dodatki
stopowe o zawartości od kilku do
kilkudziesięciu procent

+ niskowęglowa (0,3%)
+ średniowęglowa (od 0,3 do 0,6%)
+ wysokowęglowa (powyżej 0,6%)

+ niskostopowe – stężenie jednego

pierwiastka (oprócz węgla) nie przekracza
2%, a suma pierwiastków łącznie nie
przekracza 3,5%

+ średniostopowe – stężenie jednego

pierwiastka (oprócz węgla) przekracza
2%, lecz nie przekracza 8% lub suma
pierwiastków łącznie nie przekracza 12%

+ wysokostopowe – stężenie jednego

pierwiastka przekracza 8% a suma
pierwiastków łącznie nie przekracza 55%.

drogie, więc używane w zastosowaniach
specjalnych

np.: C 0,19%, S 0,040%, P 0,40%, Si
0,35%, Mn 0,45%, Cr, Ni, Cu 0,30%, Mo
0,10%

np.: C do 2%, P do 0,5%, S do 0,6%

20. Podaj przykłady stopów kolorowych.

−

Stopy miedzi i cynku (mosiądze) zawierające ok. 40% tego metalu. Mogą zawierać także

dodatki takich metali jak ołów, aluminium, cyna, mangan, żelazo i chrom oraz krzem. Topi się
w temperaturze ok. 1000°C.

−

Stopy miedzi i cyny (brązy) z zawartością lub bez innych składników stopowych. Kiedy inne

niż cyna składniki są obecne, cyna musi przewyższać wagowo każdy z nich oprócz cynku,
który może być obecny do zawartości poniżej 10%, pod warunkiem, że zawartość cyny wynosi
co najmniej 3% wagowo.

−

Duraluminium (dural) – wieloskładnikowy stop aluminium, miedzi (2.0-4.9 %), magnezu

(0.15-1.8 %), manganu (0.3-1.0 %) z domieszkami krzemu i żelaza, przeznaczony do obróbki
plastycznej.

21. Brąz – jaki to stop, podaj skład, własności i zastosowanie.

Brązy – stopy miedzi z innymi metalami i ewentualnie innymi pierwiastkami, w których
zawartość miedzi zawiera się w granicach 80-90% wagowych.
−

posiadają dobre własności wytrzymałościowe, są łatwo obrabialne. Brązy wysokostopowe

poddają się także hartowaniu. Posiadają dobre właściwości przeciwcierne, odporne są na
wysoką temperaturę i korozję. Zastosowanie brązów jest ograniczone ze względu na ich
wysoką cenę,

−

dzieli się je na brązy do obróbki plastycznej, dostarczane w formie wyrobów hutniczych -

blach, pasów, taśm, prętów, drutów i rur oraz brązy odlewnicze dostarczane w postaci sztab
lub kęsów,

- 10 -

−

brązy odlewnicze stosuje się do odlewania części i elementów do zastosowań podobnych jak w

przypadku brązów do obróbki plastycznej oraz do odlewania pomników. Wyrób narzędzi itp.

22. Mosiądz – jaki to stop, podaj skład, własności i zastosowanie.

Ogólnie jak w 20
−

ma on kolor żółty (złoty), lecz przy mniejszych zawartościach cynku zbliża się do naturalnego

koloru miedzi. Stop ten jest odporny na korozję, ciągliwy, łatwy do obróbki plastycznej.
Posiada dobre właściwości odlewnicze.

−

stosuje się go na wyroby armatury, osprzęt odporny na wodę morską (śruby okrętowe, okucia

budowlane), na elementy maszyn w przemyśle maszynowym, samochodowym,
elektrotechnicznym, okrętowym, precyzyjnym, chemicznym. Ważnym zastosowaniem
mosiądzu jest produkcja instrumentów muzycznych. Jest on wytrzymalszy od brązu, ponieważ
zawiera cynk nadający mu twardość. Jest on bardzo przydatny do obróbki plastycznej na
zimno, np. podczas produkcji łusek amunicji.

23. Jakie cechy posiada materiał kompozytowy?

Materiały kompozytowe (kompozyty) – utworzone są z co najmniej dwóch składników,
znacząco różniących się właściwościami. Celem takiego połączenia jest uzyskanie materiału o
nowych właściwościach. Ważną cechą są duże możliwości modyfikowania ich struktury dla
uzyskania pożądanych właściwości. Charakteryzuje je doskonała wytrzymałość i parametry
mechaniczna, mały ciężar właściwy.

24. Co to jest osnowa i jak dzielimy kompozyty ze względu na rodzaj osnowy? Podaj przykład.

Osnowa – najczęściej polimer, może być też metal – utrzymuje razem zbrojenie, zapewnia
wytrzymałość na ściskanie, przenosi naprężenie zewnętrzne na zbrojenie, zatrzymuje
rozprzestrzenianie się pęknięć, nadaje wyrobom żądany kształt.
Podział kompozytów ze względu na osnowę:
−

kompozyty metalowe MMC (kompozyty o osnowie ze stopu metali lekkich, srebra i miedzi,

niklu, ołowiu i cynku)

−

kompozyty polimerowe PMC (żywice termoutwardzalne; duroplasty chemoutwardzalne,

silikony, tworzywa termoplastyczne)

−

kompozyty ceramiczne CMC (materiały budowlane, hutnicze, ogniotrwałe; materiały

stosowane w elektronice)

25. Scharakteryzuj włókna zbrojące w kompozytach. Na kilku przykładach porównaj ich

właściwości.
Zbrojenie w postaci cząsteczek lub włókien długich lub krótkich (ciętych) poprawia własności
mechaniczne wyrobu.
Materiały kompozytowe ze względu na strukturę materiału zbrojącego dzielimy na:
−

umacniane dyspersyjnie – osnowa z prostego materiału lub stopu, w którym rozmieszczone są

cząsteczki rozmiarów 0,01 ÷ 0,1 µm w ilości ok.15%

−

umacniane cząstkami – rozmiary cząstek >1 µm, >25%

−

umacniane włóknami – 1 ÷ 100 µm, >70%

26. Jaką rolę pełni osnowa i zbrojenie w materiałach kompozytowych? Podaj przykład.

Patrz 24

27. Scharakteryzuj kompozyty MMC.

Kompozyty o osnowie metalicznej (MMC) wzmacniane włóknami ceramicznymi są
zróżnicowane pod względem właściwości mechanicznych i cieplnych. Cechuje je wysoka

- 11 -

wytrzymałość, wysoki moduł sprężystości, wysoka twardość i udarność, mała wrażliwość na
chropowacenie powierzchni, wysoka przewodność elektryczna i cieplna, wysoka odporność na
działanie ciśnienia zewnętrznego i mała gęstość. Stosowane głównie do produkcji części
silników w przemyśle lotniczym.

28. Jakie znasz metody otrzymywania kompozytów, na czym polega metoda „in-situ”?

Kompozyty wytwarza się przez odlewanie, zalewanie, infiltrację, prasowanie i spiekanie oraz
łączenie wybuchowe.
Metoda In-situ jest metodą otrzymywania kompozytów eutektycznych oparta na krystalizacji
kierunkowej (podczas chłodzenia próbki, kolejne linie frontu krystalizacyjnego musza być || do
siebie).

29. Podaj przykłady zastosowań kompozytów o różnych osnowach i zbrojeniu.

−

Kompozyty strukturalne – w których występują ciągłe struktury komponentów

konstrukcyjnych - warstwy (sklejka), pręty (żelbet) lub regularne struktury trójwymiarowe
(przypominające plaster miodu).

−

Laminaty – składają się z włókien zatopionych w lepiszczach - w zależności od sposobu

uporządkowania włókien rozróżnia się taśmy kompozytowe (włókna ułożone w jednym
kierunku), maty kompozytowe (w dwóch prostopadłych kierunkach) lub nieuporządkowane.

−

Mikrokompozyty i nanokompozyty – regularna struktura dwóch lub więcej składników jest

zorganizowana już na poziomie nadcząsteczkowym - tego rodzaju kompozyty występują w
organizmach naturalnych (drewno).

−

Stopy strukturalne – są rodzajem stopów metali, metali z niemetalami, polimerów między sobą

i polimerów z metalami i niemetalami o bardzo regularnej mikrostrukturze (stal damasceńska,
duraluminium).

- 12 -

Część III

1. Na czym polegają właściwości magnetyczne materiałów

Nazwą magnetyzm określa się zespół zjawisk fizycznych związanych z polem magnetycznym,
które może być wytwarzane zarówno przez prąd elektryczny jak i przez materiały magnetyczne.
Materiał wypełniający wnętrze zwojnicy lub otaczający przewodnik dowolnego kształtu na ogół
wpływa na wartość indukcji magnetycznej, czyli pełni funkcje podobną do dielektryków w polu
elektrycznym. W odróżnieniu od dielektryków materiały magnetyczne mogą jednak zarówno
osłabiać, jak i wzmacniać pole magnetyczne przewodnika.

2. Jakie, materiały o właściwościach magnetycznych poznałeś/aś?

Wszystkie znane pierwiastki, związki chemiczne i materiały mogą zostać sklasyfikowane na
podstawie ich własności magnetycznych. Co więcej, każdy pierwiastek chemiczny wykazuje
jeden z czterech podstawowych typów magnetyzmu: diamagnetyzm, paramagnetyzm,
ferromagnetyzm lub ferrimagnetyzm.
Największe znaczenie praktyczne mają ferromagnetyki, które można podzielić na materiały
magnetycznie twarde (używane jako magnesy trwałe), miękkie (magnetyczne rdzenie
transformatorów i silników) oraz półtwarde (magnetyczne nośniki analogowych i cyfrowych
danych).

3. Jaki parametr (wielkość fizyczna) opisuje właściwości magnetyczne materiałów

Parametrem tym jest podatność magnetyczna-współczynnik proporcjonalności w równaniu
określającym wielkość namagnesowania jako funkcję natężenia pola magnetycznego:

H

M

m

⋅

=

χ

m

r

e

Zn

m

6

2

2

0

=

χ

4. Ferromagnetyk w polu magnetycznym

Ferromagnetyk to substancja o bardzo silnych własnościach magnetycznych. Własności te biorą
się stąd, że każdy atom ferromagnetyka wytwarza własne pole magnetyczne. Co więcej atomy te
mają tendencję do ustawiania się w ten sposób, aby ich pole magnetyczne miało ten sam
kierunek, co pole magnetyczne atomów sąsiednich. W rezultacie tworzą się duże obszary w
których pole magnetyczne ma stały kierunek. Te obszary nazywamy domenami
magnetycznymi. Gdy umieścimy ferromagnetyk w zewnętrznym polu magnetycznym (np.
pochodzącym od magnesu), wówczas domeny zaczynają ustawiać się zgodnie z tym
zewnętrznym polem magnetycznym i ferromagnetyk sam staje się magnesem.

5. Jakie materiały są diamagnetyczne?

Diamagnetyki to substancje, które magnesują się pod wpływem zewnętrznego pola
magnetycznego, przeciwnie do tego pola, w efekcie, czego są z niego wypychane.
Namagnesowanie znika po usunięciu zewnętrznego pola. Diamagnetyki ustawiają się
prostopadle do kierunku pola magnetycznego. Diamagnetyki samorzutnie nie wykazują
właściwości magnetycznych. Diamagnetyk jest odpychany przez magnes.

6. Czym różnią się diamagnetyki i paramagnetyki?

Diamagnetyki (rtęć, ołów)

Paramagnetyki (platyna, aluminium)

magnetyzują się w kierunku przeciwnym do
kierunku działania zewnętrznego pola
magnetycznego

magnetyzują się w kierunku zgodnym do
kierunku działania zewnętrznego pola
magnetycznego

osłabiają działanie pola

nie osłabia go ale też wzmacnia w bardzo
niewielkim stopniu

- 13 -

proporcjonalna do natężenia pola
zewnętrznego i niezależna od temperatury

proporcjonalna do zewnętrznego pola
magnetycznego i odwrotnie
proporcjonalna do temperatury

7. Co to są ferromagnetyki

Magnetyzują się bardzo silnie w kierunku zgodnym z kierunkiem działania zewnętrznego pola
magnetycznego - wzmacnia zewnętrzne pole magnetyczne - przy okresowej zmianie kierunku
pola magnetycznego wykazują własności histerezy - tzn. w mniejszym lub w większym stopniu
zachowują magnetyzację po zaniknięciu zewnętrznego pola

8. Wymień i opisz właściwości ferromagnetyków, podaj przykłady pierwiastków i stopów.

Ferromagnetyki twarde zachowują stan namagnesowania pomimo zmian zewnętrznego pola
magnetycznego. Ferromagnetyki miękkie tracą zewnętrzne namagnesowanie po usunięciu pola
magnetycznego zachowując jedynie namagnesowanie resztkowe znacznie mniejsze od
maksymalnego. Znajdują się w nich obszary stałego namagnesowania, tzw. domeny
magnetyczne. Są to obszary, które wytwarzają wokół siebie pole magnetyczne. Np. żelazo,
kobalt MnAs, Fe-Ni

9. Narysuj i opisz pętle histerezy.

Ferromagnetyk, po pierwszym osiągnięciu maksymalnego
namagnesowania Br, (w wyniku przyłożonego pola
nasycenia H

c

), wykazuje ciągle pewne namagnesowanie

zwane namagnesowaniem resztkowym. Namagnesowanie
usuwa się przykładając przeciwne pole magnetyczne o
natężeniu równym -H

c

, zwane polem koercji. Dalszy

wzrost natężenia przeciwnego pola doprowadza do
ponownego stanu maksymalnego namagnesowania -Br.
Przebieg namagnesowania przy powrocie od pola –H

c

do

H

c

odbywa się po symetrycznej krzywej zamykającej pętle

histerezy.

10. Co to są twarde i miękkie materiały ferromagnetyczne, podaj przykłady zastosowań?

Miękkie – są to materiały magnesujące się łatwo pod wpływem zewnętrznego pola
magnetycznego, przy czym uzyskane namagnesowanie jest nietrwałe i łatwo ustępuje po zaniku
zewnętrznego pola.
Twarde – są to materiały trudne do namagnesowania, lecz po ustąpieniu zewnętrznego pola
zachowują one swoje właściwości magnetyczne na długi okres czasu.
Tak na przykład twarde (stale węglowe lub wolframowe) wykorzystuje się do budowy
magnesów stałych, a miękkie (miękkie żelazo, stop żelaza z niklem), są wykorzystywane do
budowy rdzeni transformatorów.

11. Wyjaśnij co to są domeny magnetyczne i na czym polega ich ruch?

Domeny magnetyczne – bardzo małe obszary stałego namagnesowani domeny magnetyczne, są
obszarami o ściśle określonych właściwościach magnetycznych. W każdy atomie elektrony
krążące na orbitach wytwarzają pole magnetyczne. Ruch domen polega na wzajemnym
przemieszczaniu się w materiale między sobą. Np. Gdy umieścimy ferromagnetyk w
zewnętrznym polu magnetycznym wówczas domeny zaczynają ustawiać się zgodnie z tym
zewnętrznym polem magnetycznym.

- 14 -

12. Podaj przykłady zastosowań różnych materiałów magnetycznych.

Ferromagnetyki twarde stosuje się do wyrobu magnesów trwałych. Ferromagnetyki miękkie do
budowy magnetowodów i rdzeni magnetycznych silników elektrycznych, transformatorów itp. w
celu kształtowania pola magnetycznego. Ferromagnetyki półtwarde wykazują własności
pośrednie i używane są np. do zapisu danych cyfrowych na dyskach lub kartach magnetycznych.
Twarde ferromagnetyki służą koprodukcji magnesów stałych.

13. Struktura pasmowa ciał stałych

W oparciu o wyniki doświadczalne i prace teoretyczne można stwierdzić, że istnieją dwie grupy
materiałów: takie, których pasmo walencyjne jest całkowicie zapełnione i oddzielone od pasma
przewodnictwa określoną przerwą energetyczną i takie, których pasmo walencyjne jest tylko
częściowo zapełnione lub zachodzi na częściowo wypełnione pasmo przewodnictwa. Do
pierwszej grupy należą izolatory i półprzewodniki, a do drugiej metale. Cechą odróżniającą
izolatory od półprzewodników jest szerokość przerwy energetycznej. Dla izolatorów E

g

jest

rzędu 1.6 aJ, podczas, gdy dla typowych półprzewodników E

g

jest rzędu 0,16 aJ i dlatego w

półprzewodnikach zachodzą wzbudzenia elektronów do pasma przewodnictwa nawet w
temperaturze pokojowej. Można by przypuszczać, że metal dwuwartościowy ma całkowicie
wypełnione pasmo walencyjne i wobec tego powinien się zachowywać jak izolator. Jednak
dzięki wzajemnemu przekrywaniu się poziomów, metale takie jak wapń czy bar są
przewodnikami.

14. Podaj przykłady półprzewodników

krzem, german, arsenek galu, azotek galu, antymonek indu, tellurek kadmu

15. Jak interpretuje się działanie półprzewodnika samoistnego?

Półprzewodnikiem samoistnym (właściwym) jest m.in. grafit. Ma on całkowicie wypełnioną I
strefę Brillouina i małą przerwę energetyczną do strefy II . Ze wzrostem temperatury następuje
wzbudzenie coraz większej liczby elektronów o energiach bliskich powierzchni Fermiego do
strefy drugiej, gdzie spełniają one rolę elektronów przewodnictwa. To tłumaczy wzrost
przewodnictwa ze wzrostem temperatury, typowy dla półprzewodników.

16. Co to są półprzewodniki domieszkowe?

Półprzewodniki, których przewodnictwo elektr. zależy gł. od rodzaju i liczby zawartych w nich
atomów domieszek lub defektów struktury krystal. (akceptorów lub donorów).

17. Jakie właściwości mają półprzewodniki?

−

opór właściwy większy niż przewodniki ale mniejszy od izolatorów (dielektryków)

−

przewodnictwo elektronowe i dziurawe

−

ujemny współczynnik temperatury oporności elektronów w zakresie wysokich temperatur

(opór maleje ze wzrostem temp.)

−

silna zależność właściwości od oddziaływań zewnętrznych

18. Jakie są nośniki ładunków w półprzewodnikach

Typu-n-elektrony n>>p (nadmiar elektronów) typu-p-dziury n<<p (niedomiar elektronów)

19. Wyjaśnij działanie półprzewodnika typu n, podaj przykład.

Działanie półprzewodnika typu n polega na tym, że pod wpływem temperatury elektrony z
poziomów energetycznych domieszek zostają wzbudzone do wolnych poziomów II strefy, gdzie
spełniają rolę elektronów przewodnictwa. W tym przypadku atomy oddające swoje elektrony
nazywamy donorami. Rolę donorów spełniają pierwiastki pięciowartościowe z grupy V A (np.P
lub As). German i krzem są pierwiastkami mającymi sieć diamentu, w której wiązania są

- 15 -

kowalencyjne. Wiązania te następują za pomocą par elektronów należących do sąsiednich
atomów, których liczba w przypadku krzemu i germanu wynosi 4. Wprowadzenie atomów
domieszek pięciowartościowych, które mają 5 elektronów wartościowości wnosi
dodatkowe elektrony przewodnictwa, które pod wpływem przyłożonego pola będą się
przemieszczać wywołując przepływ prądu. Uwalnianiu elektronów sprzyja wzrost temperatury.
Poza tym przewodnictwo rośnie ze zwiększaniem stężenia atomów domieszek.

20. Wyjaśnij działanie półprzewodnika typu p, podaj przykład.

Działanie półprzewodnika typu p polega na termicznym wzbudzeniu elektronów z najwyższych
stanów I strefy do stanów energetycznych domieszek zlokalizowanych w przerwie energetycznej
między strefami, dzięki czemu w I strefie pewne stany są nieobsadzone (zwane dziurami) i
istnieje możliwość przesunięcia się sfery Fermiego pod wpływem przyłożonego pola, co jest
jednoznaczne z przepływem prądu. Do domieszek tworzących dziury należą pierwiastki
trójwartościowe z grupy III A (np.B, Al) mające trzy elektrony wartościowości. Wprowadzenie
takiego atomu do sieci powoduje, że w jednej parze wiążącej brak będzie elektronu (czyli
powstanie dziura). Dziury podobnie jak elektrony przewodnictwa będą przemieszczać się pod
wpływem przyłożonego pola, z tym że kierunek ich ruchu będzie przeciwny. Domieszki
wywołujące przewodnictwo dziurowe nazywamy akceptorami. Przewodnictwo to będzie rosło,
podobnie jak w przypadku półprzewodników typu n ze wzrostem temperatury i stężenia atomów
domieszkowych.

21. Rola donorowych i akceptorowych domieszek w półprzewodnikach

Wprowadzenie domieszki produkującej nadmiar elektronów (w stosunku do ilości niezbędnej do
stworzenia wiązań) powoduje powstanie

półprzewodnika typu n, zaś domieszka taka nazywana

jest

domieszką donorową. Nadmiar elektronów jest uwalniany do pasma przewodnictwa (prawie

pustego w przypadku półprzewodników samoistnych) w postaci elektronów swobodnych
zdolnych do przewodzenia prądu. Mówimy wtedy o przewodnictwie elektronowym, lub
przewodnictwie typu

n (z ang. negative - ujemny).

Wprowadzenie domieszki produkującej niedobór elektronów (w stosunku do ilości niezbędnej
do stworzenia wiązań) powoduje powstanie

półprzewodnika typu p, zaś domieszka taka

nazywana jest

domieszką akceptorową. W takim półprzewodniku powstaje dodatkowy poziom

energetyczny Poziom taki wiąże elektrony znajdujące się w paśmie walencyjny.) powodując
powstanie w nim wolnych miejsc. Takie wolne miejsce nazwano

dziurą elektronową. Zachowuje

się ona jak swobodna cząstka o ładunku dodatnim i jest zdolna do przewodzenia prądu. Mówimy
wtedy o przewodnictwie dziurawym, lub przewodnictwie typu p (z ang.

positive - dodatni).

22. Wymień najważniejsze zastosowania półprzewodników

Największe zastosowanie znalazły półprzewodniki głównie w elektronice w postaci złącz typu n-
p. jako diody lub baterie słoneczne oraz n-p-n i p-n-p jako tranzystory. Prócz tego
półprzewodniki mogą być stosowane jako termistory lub jako urządzenia alarmowe
sygnalizujące wzrost temperatury. Mogą one także być zastosowane w przyrządach do pomiaru
ciśnienia lub natężenia pola magnetycznego.

23. Czym różni się tranzystor bipolarny i unipolarny?

Tranzystory polowe tak jak i tranzystory bipolarne są elementami półprzewodnikowymi, lecz
różnią się od bipolarnych tym, że są sterowane polem elektrycznym, co oznacza, że nie pobierają
mocy na wejściu.
Tranzystory polowe (unipolarne) różnią się od zwykłych tranzystorów (bipolarnych lub
złączowych) tym, że złącze baza-kolekror tranzystora bipolarnego typu n-p-n jest spolaryzowane
zaporowo i w normalnych warunkach nie płynie przez nie prąd.

- 16 -

24. Jaką rolę odgrywają tranzystory unipolarne w mikroprocesorach?

Ponieważ tranzystor może pełnić rolę klucza elektronicznego, z tranzystorów buduje się także
bramki logiczne realizujące podstawowe funkcje boolowskie, co stało się motorem do bardzo
dynamicznego rozwoju techniki cyfrowej w ostatnich kilkudziesięciu latach. Tranzystory są
także podstawowym budulcem wszelkiego rodzaju pamięci półprzewodnikowych (RAM, ROM,
itd.).
Dzięki rozwojowi technologii oraz również ze względów ekonomicznych większość
wymienionych wyżej układów tranzystorowych realizuje się w postaci układów scalonych. Co
więcej niektórych układów, jak np. mikroprocesorów liczących sobie miliony tranzystorów, nie
sposób byłoby wykonać bez technologii scalania.

25. Do najpopularniejszych przewodników należą (uporządkowanie wg wzrostu przewodności

właściwej):
Grafit, żelazo, stal, aluminium, złoto, miedź, srebro

26. Podział materiałów na dobre i złe przewodniki. Podaj przykłady.

−

przewodniki – dobrze przewodzą prąd elektryczny

−

izolatory – źle przewodzą prąd elektryczny

Dobrymi przewodnikami elektrycznymi są metale. Jednak i one przewodzą prąd w różnym
stopniu.
Metale dobrze przewodzą prąd elektryczny, ponieważ znajdują się w nich swobodne ujemne
ładunki elektryczne, zwane elektronami
−

Bardzo dobrymi przewodnikami są następujące metale:

srebro, miedź, aluminium, żelazo, konstantan

−

Dobrymi izolatorami prądu elektrycznego są:

tworzywa sztuczne, szkło – ceramika, drewno

27. Podaj istotę „gazu elektronowego" w teorii Rudego, jak powstaje wiązanie metaliczne

Teoria ta opracowana w 1900 r. opierała się na założeniu, że elektrony wartościowości tzn.
elektrony zlokalizowane na ostatniej orbicie o największej liczbie kwantowej n odrywają się od
atomów tworzących skondensowany stan skupienia i poruszają się między jonami podobnie do
drobin gazu w zbiorniku. Stąd powstało pojęcie gazu elektronowego, który zgodnie z założeniem
miał podlegać prawom kinetycznej teorii gazów. Teoria ta zakładała równomierny rozkład
ładunków dodatnich i barierę energetyczną na powierzchni metalu utrudniającą wyjście
elektronów na zewnątrz.
Wiązanie metaliczne - powstanie wiązania metalicznego polega na przekształceniu atomów tego
samego metalu lub atomów różnych metali w zbiór kationów i swobodnie poruszających się
między nimi elektronów.

28. Jakich zjawisk związanych z przewodnictwem elektrycznym nie tłumaczy teoria Drudego?

Teoria ta nie potrafiła jednak wyjaśnić ciepła właściwego, które na podstawie tej teorii było
zawyżone. Podstawowe założenia teorii Drudego zostały przejęte przez nowsze, zmodyfikowane
teorie.

29. W jaki sposób elektrony zapełniają pasma?

Podobnie jak w odosobnionym atomie obowiązuje zakaz Pauliego, który stwierdza, że dwa
elektrony nie mogą być opisane przez ten sam zespół czterech liczb kwantowych. W paśmie
występują oddzielne poziomy dyskretne, a jeden elektron można przypisać każdemu z nich.
Najpierw zapełnia się poziom najniższy, następnie kolejny wyższy i tak dalej aż do wyczerpania
się wszystkich elektronów

- 17 -

30. Rozkład energii elektronów - teoria Fermiego

Teoria Fermiego, to teoria oddziaływań słabych stworzona w celu wyjaśnienia rozpadu beta.
Postulowała istnienie bozonu W przenoszącego siły i powodującego przemiany cząstek. Teoria
ta naruszała symetrię względem odbić przestrzennych i z tego względu oddziaływanie słabe było
zwane chiralnym: cząstki prawoskrętne oddziaływały inaczej niż lewoskrętne.

31. Co to jest poziom Fermiego?

w fizyce statystycznej w statystyce Fermiego-Diraca w układzie nieoddziałujących fermionów,
najmniejsza energia o jaką zwiększy się energia układu fermionów po dodaniu jeszcze jednego
elementu. Energia ta odpowiada maksymalnemu poziomowi energetycznemu, zajętemu przez
fermion (elektron) w układzie znajdującym się w temperaturze zera bezwzględnego, w której
wszystkie poziomy aż do energii Fermiego są zajęte, a powyżej wolne.

32. Od czego zależy przewodność właściwa materiałów o różnych właściwościach

przewodzących? Podaj przykład
Konduktywność (przewodność elektryczna właściwa) to miara podatności materiału na
przepływ prądu elektrycznego.
Konduktywność jest zazwyczaj oznaczana jako α

(mała grecka litera sigma).

Jednostką konduktywności w układzie SI jest Siemens na metr (1 S/m).
Odwrotność konduktywności to rezystywność.
Konduktywność materiału wyznaczyć można znając wymiary geometryczne i konduktancję
jednorodnego bloku danego materiału:

S

lG

=

σ

, gdzie: G - konduktancja, S - pole przekroju poprzecznego elementu, I - długość

elementu.
W ogólności konduktywność metali spada przy wzroście temperatury, a konduktywność
półprzewodników wzrasta wraz z temperaturą.
W przypadku półprzewodników przewodność właściwa a zależy wykładniczo od temperatury T i
energii aktywacji .

33. Techniczne zastosowania materiałów o różnej oporności właściwej.

Materiały oporowe stosujemy w rezystorach, elementach grzejnych oraz termoelementach.

34. Podaj przykłady zastosowań materiałów o małej oporności właściwej

Wszelkiego rodzaju przewodniki

35. Wymień znane Ci materiały oporowe

Materiały oporowe dzielą się na:
−

metalowe - mają dodatni TWR (Temperaturowy współczynnik rezystancji) tzn, że ze

wzrostem temperatury ich rezystywność rośnie.

−

niemetalowe - mają ujemny TWR.

Do materiałów oporowych zaliczamy:
manganin, konstantan, kantal, nikielina, rachrom, silit

36. Na jakiej zasadzie działa termopara

Składa się z dwóch różnych metali, spojonych na jednym końcu. Pod wpływem różnicy
temperatury między miejscami złączy powstaje siła elektromotoryczna zwana w tym przypadku
siłą termoelektryczną proporcjonalna do różnicy tych temperatur. Spoina pomiarowa może
znajdować się w obudowie, instaluje się w miejscu pomiaru temperatury. Złącze "zimne" może

- 18 -

być wykonane i jest umieszczane w temperaturze odniesienia lub nie jest wykonywane wówczas
złączem są zaciski miernika.

37. Co to jest termometr oporowy.

Termometry oporowe są to czujniki do pomiaru temperatury. Wykorzystuje się w nich zmienną
oporność metalu lub półprzewodnika przy zmianie temperatury. Opór metali wzrasta wraz ze
wzrostem temperatury opór półprzewodników i niektórych stopów metali maleje. Mierząc opór
można wyznaczyć temperaturę czujnika.