Pytania kontrolne „Inżynieria materiałowa”

Wykłady 1 - 4

Cz.1

1. Jakie dziedziny nauki obejmuje „Inżynieria materiałowa”?

Fizyka, Chemia, Elektrotechnika, Technologia, Metalurgia

2. Jakie są podstawowe stałe materiałowe w elektrotechnice i w jaki sposób są powiązane ze zjawiskami fizycznymi zachodzącymi w środowisku?

Moduł Younga E- moduł sprężystości podłużnej, wielkość uzależniająca odkształcenie liniowe ε materiału od naprężenia σ, jakie w nim występuje w zakresie odkształceń sprężystych.

Współczynnik Poissona- jest stosunkiem odkształcenia poprzecznego do odkształcenia podłużnego przy osiowym stanie naprężenia.

Gęstość- odzwierciedla ilość materii na jednostkę objętości

Współczynnik rozszerzalności liniowej- wydłużenie materiału pod wpływem ciepła

temperatura topnienia- temperatura w jakiej ciało przechodzi w stan płynny.

3. Co oznaczają pojęcia środowisko izotropowe, anizotropowe i liniowe?

Izotropowość materiału -brak różnic we właściwościach fizycznych tego materiału, takich jak np: rozszerzalność termiczna, przewodnictwo elektryczne czy współczynnik załamania światła, niezależnie od tego w jakim kierunku są one mierzone.
Izotropowość jest cechą ciał amorficznych oraz kryształów układu regularnego.
Anizotropowość to odwrotność izotropowości, czyli cechy takie jak załamanie światła zależy od kierunku z którego przyłożymy światło.

4. Wyjaśnij na podstawie pasmowej teorii budowy materii co oznaczają: przewodnik, dielektryk i półprzewodnik?

5. Wymień jakie znasz rodzaje badań materiałów?

• statyczne próby wytrzymałościowe (rozciągania, ściskania i zginania)

• nisko i wysokocyklowe badania zmęczeniowe sterowane odkształceniem lub siłą

• próby pełzania

• badania odporności materiałów i powłok

• badania własności mechanicznych i wytrzymałości

6. Podaj wzór określający temperaturowy współczynnik rezystancji i wyjaśnij jego znaczenie oraz zdefiniuj występujące w nim stałe i zmienne?

Temperatura jest czynnikiem najbardziej wpływającym na rezystancję.

Rk=Rp[1+a_t(Tk-Tp)]

Rk rezystancja końcowa w temperaturze końcowej

Tk- temperatura końcowa

Rp- rezystancja początkowa, w temperaturze początkowej

Tp - temperaturę początkowa

at- TWR TWR>0 metale i stopy met. at<0 elektrolity i półprzewodniki

7. Wymień na jakie klasy dzielą się przewodniki i z czego ten podział wynika?

Klasa 1 -metale, stopy metali, węgiel elektronowy (przewodnictwo elektronowe)

Klasa 2 roztwory wodne kwasów, zasad i soli (przewodnictwo jonowe)

8. Jakie wspólne cechy mają przewodniki - wymień i opisz?

Niski opór właściwy- inaczej wysoka kondukatancja

Brak pasma wzbronionego.

9. Wyjaśnij czym charakteryzują się ciekłe kryształy i podaj przykłady ich zastosowania?

Faza pośrednia między ciekłym i krystalicznym stanem skupienia materii, którą charakteryzuje zdolność do płynięcia, charakterystyczna dla cieczy i jednocześnie dalekozasięgowe uporządkowanie tworzących ją cząsteczek, podobnie jak to ma miejsce w kryształach.

Ciekłe kryształy są rodzajem cieczy, posiadającej właściwości anizotropowe - elektryczne , magnetyczne i optyczne. Zastosowanie : wyświetlacze LCD, pamięci masowe, w optoelektronice jako np. bramki logiczne, dodatki do farb zmieniających kolor pod wpływem temperatury, noktowizory, czujniki.

10. Podaj podział materiałów przewodzących i wyjaśnij z czego on wynika?

Materiały przewodowe

oporowe-rezystory pomiarowe, regulacyjne , grzejne,

stykowe - odporne na opalanie się styków, występuje wędrówka materiału z K na A, stąd używane czyste metale np. Au, Ag, Cu;;

przewodzące specjalnie- odporne na korozje pod wpł. Kwasów, zasad, odp na niską temp

11. Wymagane cechy materiałów przewodzących?

Duża konduktywność, duża wytrzymałość mechaniczna, możliwość lutowania i spawania, odporność chemiczna, wysoka temperatura topnienia, duża przewodność cieplna,

12. Spróbuj wyjaśnić celowość stosowania w pewnych przypadkach w elektrotechnice stopów w zastępstwie czystych metali?

W różnych środowiskach domieszki poprawiają własności i właściwości metali, można regulować ich twardość, stosować domieszki antykorozyjne, itp

13. Podaj podział materiałów stykowych i wymień przykładowe?

Zestyki rozłączne- (złoto ,srebro, platyna, miedź, wolfram, srebro-miedź, srebro-nikiel)

Zestyki ślizgowe- (Metalografity brązo-graitowe; Węglografit; grafit;Elektrografit)

14. Co oznaczają skróty RoHS i Pb-free?

Restriction of Hazardous Substances- ograniczenia na etapie produkcji w wprowadzaniu substancji niebezpiecznych w elektronice,

Pb-free najczęściej cyny bezołowiowe, materiały niezawierające ołowiu.

15. Wyjaśnij pojęcie polaryzacji dielektrycznej i wymień jej rodzaje?

W dielektryku ładunki nie mogą się swobodnie przesuwać, ale może dojść do przesunięcia się ładunków elektrycznych dodatnich względem ujemnych (powstaną dipole elektryczne). Zjawisko to nazywamy polaryzacją dielektryka.

Polaryzacja elektronowa:

- jonowa

-dipolowa

16. Co oznaczają pojęcia względna przenikalność elektryczna, dobroć i stratność elektryczna?

Przenikalność elektryczna- charakteryzuje właściwości elektryczne środowiska. Dla substancji izotropowych jest to wielkość skalarna, równa stosunkowi indukcji pola elektrycznego do natężenia tego pola: Przenikalność zależy od stanu skupienia dielektryka, rodzaju polaryzacji, temperatury i częstotliwości zmiennego pola elektrycznego

Współczynnik strat dielektrycznych tg δ - wielkość niemianowana charakteryzująca dielektryki. Wartość tę wyznacza tg δ - tangens kąta strat dielektrycznych, czyli stosunek natężenia składowej rzeczywistej (czynnej) I_R do składowej urojonej (biernej) I_C prądu elektrycznego płynącego przez dielektryk w zmiennym polu elektrycznym Dobroć to odwrotność stratności elektrycznej

Dobroć Q to wielkość charakteryzująca ilościowo układ rezonansowy. Określa, ile razy amplituda wymuszonych drgań rezonansowych jest większa niż analogiczna amplituda w obszarze częstości nierezonansowych.

17. Wyjaśnij pojęcie klasy ciepłoodporności izolacji?

Klasa izolacji (klasy ciepłoodporności)- dopuszczalne przyrosty temperatury:

Klasa A - 60 stopni

Klasa E - 65-75 stopni

Klasa B - 70-80 stopni

Klasa F - 85-100 stopni

Klasa H - 105-125 stopni

18. Podaj podział materiałów elektroizolacyjnych?

Lotne(gazy naturalne, gazy syntetyczne, powietrze(próżnia)

Ciekłe(oleje mineralne, syntetyczne, roślinne)

Stałe [nieorganiczne i organiczne] te i te naturalne i sztuczne.

19. Podaj podział dielektryków nieorganicznych i wymień przykładowe materiały?

naturalne- mika

sztuczne-szkło, ceramika

20. Wymień jakie możesz wskazać podobieństwa i różnice we właściwościach szkieł nieorganicznych i ceramiki technicznej?

21. Podaj podział materiałów elektroizolacyjnych, stałych organicznych?

a)NATURALNE

b)SYNTETYCZNE

-Elstomery

-Plastometry(termoplasty, duroplasty)

- Tworzywa złożone

22. Co to są elastomery, wymień przykładowe materiały?

Polimerowe tworzywa sztuczne lub naturalne, które cechuje zdolność do odwracalnej deformacji pod wpływem działania sił mechanicznych, z zachowaniem ciągłości ich struktury. Elastomery to szersza grupa materiałów niż gumy, które stanowią tylko jedną z klas elastomerów. Zdolność elastomerów do zmiany wymiarów wynika z ich specyficznej budowy chemicznej. Elastomery są usieciowanymi polimerami amorficznymi, które posiadają niską temperaturę zeszklenia, grubo poniżej temperatury pokojowej.

• kauczuki syntetyczne (różnego rodzaju gumy)

• silikony

• neopren (z którego wykonuje się stroje dla nurków i uprawiających sporty wodne)

• niektóre odmiany polichlorku winylu

23. Czym się różnią termoplasty od duroplastów?

Termoplasty można przetwarzać wielokrotnie w przeciwieństwie do duroplastów, jednak po każdym przetworzeniu zazwyczaj pogarszają się ich własności użytkowe i mechaniczne

24. Podaj dwa przykładowe materiały termoplastyczne i podaj wybrane ich właściwości?

Polietylen - PE charakteryzują się małą przenikalnością dla pary wodnej, łatwo przepuszczają pary substancji organicznych, nie są odporne na węglowodory i ich chloropochodne. Są odporne na działanie roztworów kwasów, zasad i soli oraz niską temperaturę

Polipropylen- PP jest tworzywem o najmniejszej gęstości spośród stosowanych szeroko polimerów. Wykazuje on dużą odporność chemiczną, zwłaszcza w temperaturze pokojowej, w której jest prawie całkowicie odporny na działanie kwasów, zasad i soli oraz rozpuszczalników organicznych. Jedynie silne utleniacze, jak dymiący kwas siarkowy lub azotowy, zasady bielące oraz ciecze niepolarne (benzen, czterochlorek węgla, chlorek metylu) atakują go w tej temperaturze. Długotrwały kontakt z miedzią także działa niszcząco na PP,

25. Czym się różnią : piezoelektryki, piroelektryki, ferroelektryki, elektrety?

Piezoelektryki- wykazują zjawisko piezoelektryczne, polega ono na powstaniu na powierzchni dielektryka pola elektrycznego pod wpływem naprężeń mechanicznych.

Piroelektryki -zjawisko powstania na pola elektrycznego pod wpływem ogrzewania lub ochładzania, kierunek pola jest zależny od kierunku temp, a wartość od szybkości ogrzewania

Ferroelektryki- charakteryzują się nieliniową zależnością względnej przenikalności elektrycznej od temperatury, powyżej temp. Curie wart. Przenikalności gwałtownie maleje.

Elektrety- dielektryki zachowujące przez długi czas stan naelektryzowania i wytwarzające pole elektryczne wokół otaczającej ich przestrzeni, elektryczne odpowiedniki magnesów

26. Opisz, wykorzystując wykres, właściwości idealnego magnesu trwałego?

Idealnego można zawrzeć w kilku słowach: materiał o stałym momencie

magnetycznym.

Pętla histerezy magnesu idealnego(czerwona) w porównaniu z petla magnesu

rzeczywistego(Hc- pole koercji, Mr- remanencja i Ms - namagnesowanie nasycenia).

27. Jak można rozmagnesować idealny magnes?

Polem magnetycznym -wielokrotne wykonanie cyklu magnesowania przy ciągłym zmniejszaniu pola magnetycznego; mechaniczne - silny wstrząs; temperaturowo - podgrzać powyżej temp. Curii

28. Czym charakteryzują się materiały magnetyczne twarde?

-Duża wartość remanencji i koercji

-Duża gęstość energii magnetycznej

-Dobra stabilność temperaturowa

-Odporność mechaniczna i chemiczna

-Możliwość wykonywania odpowiednich kształtów za pomocą spiekania lub obróbki mechanicznej

29. Porównaj właściwości magnesów ferrytowych, neodymowych i AlNiCo?

Ferrytowe - duża twardość i kruchość, odporne na kwasy kole , smary , gazy i korozje, metody wytwarzania podobne do produkcji innych materiałów ceramicznych

Neodymowe- należą grupy magnesów ziem rzadkich. Mają najwyższy stosunek indukcji magnetycznej do rozmiarów. Bardzo wrażliwe na korozje, dlatego muszą być pokryte warstwą antykorozyjną niklu, cynku lub żywic epoksydowych

ALNICO-   Stanowią najdłużej stosowany materiał magnetyczny (od lat 30-tych XX w.) Nie wymagają pokrycia antykorozyjnego. Ich maksymalna temperatura pracy wynosi od od 500 °C do 550 °C

30. Półprzewodniki samoistne i niesamoistne omów różnice i rodzaje?

Pół[przewodnik samoistny- monokryształ pozbawiony defektów sieci krystalicznej i domieszek, czyli nie zawiera obcych atomów w sieci krystalicznej; w wyższych temp pewna część elektronów przechodzi do pasma przewodnictwa, pozostawiając miejsca nie obsadzone(dziury) w paśmie podstawowym (walencyjnym) ; liczba generowanych pas, czyli ich koncentracja, zależy od szerokości pasma zabronionego, oraz temp monokryształu; liczba dziur równa liczbie elektronów

półprzewodnik niesamoistny- w sieci krystalicznej monokryształu zamiast atomu pierwiastka materiału półprzewodnikowego znajduje się inny atom;

domieszka pierwiastka pięciowartościowego - półprzewodnik typu n

domieszka pierwiastka trójwartościowego - półprzewodnik typu p

31. Wymień znane Ci metody pomiaru twardości materiałów?

*Rockwella
*Brinella
*Vickersa

32. Co to są materiały amorficzne magnetyczne?

Magnetyki amorficzne są to stopy nieuporządkowane strukturalnie analogicznie do szkieł, otrzymywane przez gwałtowne schłodzenie roztopionych metali.

33. Wyjaśnij pojęcie remanencja i koercja?

Remanencja- wartość indukcji magnetycznej pozostała po usunięciu zewnętrznego pola magnetycznego magnesującego dany materiał ferromagnetyczny.
Remanencja jest jednym z głównych parametrów charakteryzujących magnesy trwałe.

Koercja magnetyczna - wartość zewnętrznego pola magnetycznego jaką trzeba przyłożyć do ferromagnetyka, aby zmniejszyć do zera pozostałość magnetyczną.
Koercja ferroelektryczna - zewnętrzne pole elektryczne, jakie należy przyłożyć do ferroelektryka, aby zmniejszyć do zera jego polaryzację szczątkową (pozostałą po usunięciu polaryzującego pola elektrycznego).

34. Co oznacza temperatura Curie?

Temperatura, powyżej której ferromagnetyk gwałtownie traci swoje właściwości magnetyczne i staje się paramagnetykiem

35. Jak można namagnesować i rozmagnesować magnes?

-Polem magnetycznym - wielokrotne wykonanie cyklu magnesowania przy ciągłym zmniejszaniu_pola_magnetycznego
-Mechanicznie-silny_wstrząs
-Temperaturowo - podgrzać powyżej temperatury Curie

---