1. Wyjaśnić znaczenie liczb kwantowych.
Liczby kwantowe - określają położenie elektronów na powłokach elektronowych. Liczby kwantowe dzielą się na:

- główna liczba kwantowa [n] - określa ona numer porządkowy powłoki elektronowej atomu,

- poboczna (orbitalna) liczba kwantowa [l] - określa istnienie w powłokach warstw orbit (podpowłok),

- magnetyczna liczba kwantowa [m] - określa orientację przestrzenną orbity, płaszczyzny orbit w poszczególnych warstwach mogą ustawiać się względem pewnego wyróżnionego kierunku pod ściśle określonymi kątami, określonymi przez magnetyczną liczbę kwantową,

- spinowa liczba kwantowa [s] – określa kierunek wirowania elektronu wokół własnej osi.

2. Wyjaśnić na czym polega wiązanie kowalencyjne.
Wiązanie kowalencyjne polega na utworzeniu wspólnej pary elektronów przez dwa atomy, z których każdy dostarcza taką samą liczbę niesparowanych elektronów do wytworzenia dubletu lub dubletów. Dublet może być utworzony przez elektrony posiadające trzy takie same liczby kwantowe, różniące się spinem.

3. Wyjaśnić na czym polega wiązanie jonowe.

Zjawisko zachodzi między atomami elektrododatnimi i elektroujemnymi. Wiązanie jonowe polega na przejściu jednego lub paru elektronów walencyjnych z atomów pierwiastka elektrododatniego do atomów pierwiastka elektroujemnego. Atom który oddaje elektron staje się kationem, a ten przyjmujący staje się anionem. Jony te przyciągają się siłami elektrostatycznymi.

4. Wyjaśnić na czym polega wiązanie metaliczne.

Wiązanie metaliczne polega na przekształceniu atomów tego samego metalu lub różnych metali w zbiór kationów i swobodnie poruszających się między nimi elektronów. Istnieje silne przyciąganie jonów i i gazu elektronowego, które

stanowi istotę wiązania metalicznego.

5. Jakie są podstawowe stany skupienia materii.

Stan stały - charakteryzuje się utrzymaniem kształtu, postaci i objętości próbki. Dzięki bardziej zwartej budowie mają one dużą sztywność, ich gęstość jest mniej zależna od temperatury i ciśnienia niż gęstość cieczy i gazów.

Stan ciekły - odznacza się tym, że próbka zachowuje swoją określoną objętość podczas przelewania z jednego zbiornika do drugiego, ale przyjmuje kształt mieszczącego ją naczynia. Wykazują niewielką ściśliwość i mniejszą rozszerzalność termiczną.

Stan gazowy - charakteryzuje się tym, że próbka nie ma ani własnego kształtu, ani objętości i może rozprzestrzeniać się po całej objętości naczynia, w której jest zawarta. Charakteryzuje się bardzo dużym współczynnikiem ściśliwości, a także brakiem sprężystości, uporządkowania cząsteczek i stacjonarnych wiązań.

6. Scharakteryzować krótko struktury krystaliczne i amorficzne.

Struktury krystaliczne – tworzone są przez zespół powtarzających się regularnie identycznych elementów nazywanych komórkami elementarnymi (najmniejsza, powtarzalna część struktury kryształu). Struktury te są anizotropowe. Przykłady: metale, półprzewodniki.

Struktury amorficzne (bezpostaciowe) - tworzone są z atomów drgających wokół punktów rozmieszczonych chaotycznie w większej przestrzeni. Nie są rozmieszczone w prawidłowej sieci przestrzennej. Brak w nich powtarzalności budowy. Charakteryzują się izotropowością. Przykłady: ciecze, smoła, tworzywa sztuczne, szkło, stopiona i ochłodzona krzemionka, żywice polimetakrylowe.

7. Na czym polega anizotropia.

Anizotropia – jest to cecha charakterystyczna niektórych ciał, przeważnie krystalicznych, polegająca na wykazywaniu przez nie różnych właściwości fizycznych, w zależności od kierunku, w którym się je bada (np. rozchodzenie się dźwięku).

8. Wyjaśnić elektronową teorię przewodnictwa.

Klasyczna teoria elektronowa przewodnictwa elektrycznego zakłada, że elektrony metalu zachowują się jak tzw. „gaz elektronowy” i można do nich stosować statystykę Maxwella-Boltzmanna. Gdy do przewodnika przyłożymy siłę elektryczną E, to na chaotyczny ruch elektronów walencyjnych w przewodniku nakłada się postępowy ruch elektronów. Szybkość tego ruchu jest wprost proporcjonalna do natężenia prądu przyłożonego do przewodnika.

9. Wyprowadzić wzór na konduktywność przewodników.

j – gęstość prądu,

n – koncentracja elektronów,

e – ładunek elektronu,

Ƭ - średni czas między zderzeniami,

ϑ – prędkość elektronu.

10. Wyjaśnić pasmową teorię przewodnictwa. Porównać modele pasmowe przewodników, dielektryków i półprzewodników.

Teoria pasmowa - przewodnictwo elektryczne metali nie zależy od ich wartościowości, ale od liczby wolnych poziomów energetycznych, na które mogą przejść elektrony walencyjne. W niecałkowicie zapełnionym paśmie pole elektryczne może spowodować przeniesienie elektronu na sąsiedni poziom energetyczny, tj. wywołać przepływ prądu. W całkowicie zapełnionym paśmie nie może ono zmieniać ani położenia, ani pędu elektronu, a więc nie wywołuje przepływu prądu.

11. Wyprowadzić zależność konduktywności metali od temperatury.

12. Wyjaśnić jaka jest zależność konduktywności i współczynnika temperaturowego konduktywności stopów jednorodnych i niejednorodnych od temperatury.

Stop niejednorodny - to taki, który stanowi mieszaninę kryształów metali składowych.

Stop jednorodny - metale składowe rozpuszczają się w sobie, tworząc jednolite siatki krystaliczne.

W przypadku gdy stop tworzą metale wzajemnie się rozpuszczające (stop jednorodny) to rezystywność jest w szerokim zakresie składu procentowego wyższa niż rezystywność składników. Przeciwną zależność obserwujemy dla temperaturowego współczynnika rezystywności. W przypadku stopów niejednorodnych rezystywność i współczynnik temperaturowy rezystywności zależy proporcjonalnie od składu procentowego składników.

13. Jaki jest wpływ domieszek na konduktywność miedzi i innych metali.

Wpływ domieszek na konduktywność miedzi: Wpływ domieszek na konduktywność aluminium:

14. Wymagania stawiane materiałom przewodowym.

- elektryczne: wysoka konduktywność,

- mechaniczne: wytrzymałość na rozciąganie, giętkość, brak skłonności do „płynięcia”,

- termiczne: wysoka przewodność cieplna, wysoka dopuszczalna temperatura pracy, wysoka temperatura topnienia, łatwa lutowalność i spawalność,

- chemiczne: mała aktywność chemiczna, odporność na korozję,

- ekonomiczne: względnie niski koszt.

15. Własności i zastosowanie miedzi, aluminium i stali.

Miedź – własności: zabarwienie czerwonawe, duża plastyczność, wytrzymałość, duża przewodność elektryczna i cieplna, gęstość 8,9g/cm^3, duża odporność na korozję, daje się łatwo lutować i spawać.

Miedź – zastosowanie: przewody giętkie, w instalacjach stałych, np.: urządzenia narażone na drgania i wstrząsy, uzwojenie maszyn elektrycznych, transformatorów, elektromagnesów i dławików.

Aluminium – własności: zabarwienie srebrzystobiałe, duża plastyczność, duża przewodność elektryczna i cieplna, gęstość 2,7 g/cm^3, mniejsza konduktywność od miedzi, odporne na korozję.

Aluminium – zastosowanie: żyły przewodów i kabli, przewody linii napowietrznych, odlewy zwartych uzwojeń klatkowych wirników małych silników asynchronicznych, folie kondensatorowe, uzwojenia transformatorów gazowych.

Stal – właściwości: mała konduktywność, duża wytrzymałość mechaniczna, odporność na korozję po pokryciu warstwą cynku.

Stal – zastosowanie: przewody stalowe ocynkowane do przesyłania niskich mocy w liniach WN, linki stalowo-aluminiowe w liniach najwyższych napięć jako rdzenie przewodu, przewody odgromowe, szyny trakcji elektrycznej, uziomy.

16. Stopy miedzi. Własności i przykłady zastosowania.

- mosiądze: stop miedzy z główną domieszką w postaci cynku (do 40%).

Wyższa od Cu wytrzymałość na rozciąganie, mniejsza konduktywność i cena.

Stosowane m.in. na śruby toczone, sworznie, nakrętki, elementy osprzętu instalacyjnego (oprawy żarówek, bezpieczników).

- brązy: stopy o zawartości co najmniej 60% Cu, w których zawartość cynku jest mniejsza od innych dodatków stopowych.

Mniejsza konduktywność niż dla Cu, większa wytrzymałość, lepsza odporność na korozję, lepsze własności ślizgowe.

Stosowane m.in. jako przewody jezdne trakcji elektrycznej (kadmowy rodzaj brązu), wycinki komutatorów (berylowy), odlewy łożysk tocznych (fosforowy), styki sprężynujące (krzemowy), w urządzeniach kwasoodpornych (aluminiowy).

17. Omówić sposoby łączenia aluminium.

- lutowanie i spawanie, łączenie materiałów poprzez ich miejscowe stopienie i zestalenie, spotykane przy małych obciążeniach;

- połączenia zaciskowe, zwykle złączki karbowane przy dużych obciążeniach, lub połączenia śrubowe z podkładkami sprężynującymi np. w przewodach szynowych.

18. Rodzaje zestyków.

- zestyki rozłączne, składają się z dwóch styków, które stykają się ze sobą zamykając obwód prądowy, albo się od siebie oddalają przerywając przepływ prądu,

- zestyki ślizgowe, służą do zbierania prądu z przewodu ślizgając się po wirujących pierścieniach lub komutatorach.

19. Wyjaśnić co to jest rezystancja zestykowa, gdzie i dlaczego występuje.

Jest to rezystancja występująca w miejscu połączenia dwóch materiałów. Składają się na nią: rezystancja przewężenia przekroju i rezystancja warstw nalotowej.

Występuje z racji przyłożenia większego napięcia w układach. Zmienia się ona przez: opalanie się zestyków, wędrówki materiałów, erozja mechaniczna.

20. Omówić czynniki wpływające na rezystancję przewężenia i rezystancję warstw nalotowych.

- rezystancja przewężenia wywołana jest nierównomiernościami powierzchni stykowych. Zależy od dokładności obróbki powierzchni, temperatury styków, siły docisku.

- rezystancja warstw nalotowych powstaje, gdy zestyki są rozłączone. Zależy od materiału zestyku, agresywności środowiska, temperatury.

21. Materiały stosowane na zestyki rozłączne.

- metale szlachetne: srebro, złoto, platyna, pallad,

- metale nieszlachetne: miedź, wolfram, molibden,

- stopy i spieki powyższych metali.

22. Materiały stosowane na zestyki ślizgowe.

metalografit, węglografit, grafit, elektrografit

23. Omówić i wyjaśnić budowę termobimetali, ich zastosowanie, współczynnik ugięcia.

Termobimetal - zwalcowane na gorąco dwie blachy stopowe, różniące się współczynnikami rozszerzalności cieplnej. W wyniku przepływu prądu następuje podgrzanie elementu. Różnice współczynników rozszerzalności powodują, ze między blachami powstają naprężenia wewnętrzne, powodujące wygięcie elementu w stronę metalu o mniejszym współczynniku rozszerzalności. Najczęściej stosowane materiały to stopy żelaza z niklem.

Współczynnik ugięcia – miara odkształcalności paska termobimetalowego, określony jest jako wielkość ugięcia w mm wolnego końca jednostronnie zamocowanej blaszki o grubości 1 mm i długości 100 mm, przy podgrzaniu o 1*C.

24. Wyjaśnić pojęcie kontaktowej różnicy potencjałów.

Między dwoma złączonymi metalami powstaje kontaktowa różnica potencjałów, której wielkość zależy od pracy wyjścia elektronów z metalu oraz koncentracji elektronów w metalu.

25. Wyjaśnić zjawisko Seebecka. Podać zastosowania zjawiska.

Zjawisko Seebecka – zjawisko fizyczne, zwane też termoelektrycznym, które polega na wzajemnej zależności między procesami elektrycznymi i cieplnymi. Zjawisko Seebecka jest wykorzystywane w termometrach termoelektrycznych, tzw. termoparach lub termoelementach.