Zgryźliwość kojarzy mi się z radością, która źle skończyła.
DMK – wykład 2 16.03.11
Reakcja = właściwość materiałowa x Bodziec
związek ten określa równocześnie metodę, za pomocą której właściwość może zostać pomierzona.llWłaściwości zależne odlllBudowy fazowej – lllWynikające z mechanicznej stabilności ciała stałego – decydują o nich siły oddziaływania międzyatomowego oraz sposób uporządkowania atomów.lllGęstośćllModuł sprężystości (Younga)llKohezjallTemp. topnienialllWynikające ze statycznej stabilności ciała stałego – od zjawisk transportu cząstek zachodzących pod wpływem sił wywołanych istnieniem gradientów wielkości elektrycznych, cieplnych czy chemicznychlllPrzewodność cieplna i elektrycznallllMikrostruktury – generowane są dzięki temu, że pod wpływem przyłożonych bodźców uruchamiane zostają oddziaływania , w których biorą udział elementy struktury (wakanse, dyslokacje, etc.)lllWytrzymałośćllPlastycznośćllWydłużenie lllO charakterze kolektywnym – lllWłaściwości, których zwykle nie można określić w postaci liczbowej – cechy materiałulllSpawalnośćllBiozgodnośćllHartownośćllLejnośćllllWłaściwości, których nie można określić bez uzależnienia od zastosowanej techniki pomiarowej – właśc. TechnologicznelllTwardośćlllInne – nie wynikają bezpośrednio ze związku między bodźcem a reakcją – np. ekonomiczne, cenalllGęstośćl
nw=mw-m/m *100%llNasiąkliwość objętościowa – stosunek objętości wody wchłoniętej przez materiał do jego objętości w stanie suchym
nw=Vw-V/V*100%llWłaściwości cieplnelTemperatura topnienia - jest zależna od stabilności termicznej materiału – ma wpływ chociażby energia swobodna. Najniższe temperatury mają polimery, potem kompozyty, ceramiki i metale mogą mieć bardzo wysokie temperatury topnienia.llPrzewodność cieplna – zdolność materiału do przewodzenia strumienia cieplnego powstającego na skutek różnicy temperatury na jego powierzchniach. Parametrem jest λ – współczynnik przewodności cieplnej, stała materiałowa zależna od temperatury. llRozszerzalność cieplna – wzrost wymiarów i objętości ciał pod wpływem wzrostu temperatury. Liniowy współczynnik rozszerzalności cieplnej wyraża względne wydłużenie materiału występujące podczas ogrzania materiału o jeden stopień.
α=1/l0 * Δl/ΔTllNaprężenia cieplne – są spowodowane nierównomiernym rozszerzaniem cieplnym różnych obszarów materiału (w zakresie odkształceń sprężystych) poddawanego zmianom temperatury.lllI rodzaju – wynikają z anizotropii (zależności od kierunku) rozszerzalności poszczególnych ziaren lub anizotropii modułu Younga\llII rodzaju – wynikają z nierównomiernego rozkładu temperatury w objętości materiałulllOdporność na wstrząsy cieplne – maksymalna różnica temperatury, przy której maksymalne naprężenia cieplne są równe wytrzymałości tworzywa. Rośnie, gdy: lllrośnie wytrzymałośćllmaleje rozszerzalność cieplnallmaleje moduł YoungalllPojemność cieplna – zdolność materiału do kumulowania ciepła podczas ogrzewanialWłaściwości magnetyczne
lMoment magnetyczny – wytwarzany przez elektrony, które oddziałująz z zewnętrznym polem magnetycznym wytwarzają moment magnetyczny orbitalny i spinowy
M=χ * H H – natężenie pola magnetycznego, χ – podatność magnetycznalllDiamagnetyki - χ<0lllKażdy atom ma zerowy moment magnetycznyllNp. Cu, Ag, Au i gazy szlachetne, jony Na+ i Cl-, gazy H2, O2, N2, półprzewodniki Si, Ge, diament, metale Be, Mg, Zn, Cd, HglllParamagnetyki - χ>0lllPierwiastki o niecałkowicie zapełnionej zewnętrznej powłoce elektronowejllMomenty magnetyczne są zorientowane przypadkowo i się znoszą.lllAntyferromagnetykilllJednakowe momenty magnetyczne atomów są zorientowane antyrównolegle – znoszą się. llMetale paramagnetyczne, np. Pt, Pd, Mn (alfa), Ni, sole manganulllFerromagnetyki - χ>>0lllMomenty magnetyczne atomów są uporządkowane wewnątrz każdej domenyllNp. żelazo, nikiel, kobalt, gadolin, erb, dysproz, tul, holm i terbllSilne właściwości magnetycznellTemp. Curie – powyżej niej, zanikają właściwości magnetyczne, ferromagnetyki zmieniają się w paramagnetykilll
B = μ * H μ – przenikalność magnetycznallDomeny magnetyczne – stanowią strukturę magnetyczną materiałów ferromagnetycznych. Są to małe makroskopowe obszary o rozmiarach ok. 0,01 mikrometra, w których wszystkie momenty wypadkowe atomów mają zgodną orientację.
Przy braku pola zewnętrznego wypadkowy moment magnetyczny ferromagnetyku jest równy zeru – wypadkowe momenty magnetyczne domen są zorientowane losowo.
Po przyłożeniu zewnętrznego pola magnetycznego, wszystkie domeny ferromagnetyka ustawiają się jednakowo.
Przeorientowanie momentów spinowych atomów domeny w kierunku pola magnetycznego oraz przemieszczenie się ścianek Blocha odgraniczających domeny prowadzi do ich wzrostu.llPętla histerezy magnetycznej – struktura materiału wpływa na postać pętli histerezy magnetycznej, decydując o ruchliwości ścianek Blocha między domenami magnetycznymi. Skład chemiczny materiału wpływa na wartość namagnesowania nasycenia. Duża ruchliwość ścianek Blocha decyduje o małej szerokości pętli i stratności magnetycznej – materiały magnetycznie miękkie.llMateriały magnetycznie miękkielllWłaściwościlllWąska pętla histerezy magnetycznejllDuże nasycenie magnetyczne przy nieznacznym polu magnetycznymllDuża przenikalność początkowallMała wartość stałej anizotropii magnetycznejllMała magnetostrykcja (zmiana wymiarów kryształu pod wpływem namagnesowania, jest to zjawisko odwracalne, to znaczy odkształceniu sprężystemu materiału magnetostrykcyjnego towarzyszy zmiana stanu namagnesowania.lllŻelazo, stopy na osnowie żelazallFerrytyllSzkła metaliczne na osnowie Fe, Fe-Ni, Fe-Co-Ni z dodatkami Cr, Mo, W, Zr, Nb oraz niemetali B, P, Si o strukturze amorficznej lub nanokrystalicznelllMateriały magnetycznie twardelllWłaściwościlllSzeroka pętla histerezy magnetycznejllDuża wartość remanencji BrllDuża wartość koercji duża wartość iloczynu (BH)max (gęstość energii magnetycznej)llDuża anizotropia magnetokrystaliczna i magnetostrykcjalllWłaściwości elektrycznezanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl hannaeva.xlx.pl
by Krzysztof Markiewicz
Właściwości fizykochemiczne, magnetyczne, elektryczne, optycznelWłaściwość materiałowa - stała, zależna wyłącznie od natury materiału i nie związana z jego wymiarami, ilościowo wiąże reakcji danego materiału z przyłożonym bodźcem i wyrażona jest zwykle przez liniowy związek pomiędzy mierzalnymi wielkościami
Reakcja = właściwość materiałowa x Bodziec
związek ten określa równocześnie metodę, za pomocą której właściwość może zostać pomierzona.llWłaściwości zależne odlllBudowy fazowej – lllWynikające z mechanicznej stabilności ciała stałego – decydują o nich siły oddziaływania międzyatomowego oraz sposób uporządkowania atomów.lllGęstośćllModuł sprężystości (Younga)llKohezjallTemp. topnienialllWynikające ze statycznej stabilności ciała stałego – od zjawisk transportu cząstek zachodzących pod wpływem sił wywołanych istnieniem gradientów wielkości elektrycznych, cieplnych czy chemicznychlllPrzewodność cieplna i elektrycznallllMikrostruktury – generowane są dzięki temu, że pod wpływem przyłożonych bodźców uruchamiane zostają oddziaływania , w których biorą udział elementy struktury (wakanse, dyslokacje, etc.)lllWytrzymałośćllPlastycznośćllWydłużenie lllO charakterze kolektywnym – lllWłaściwości, których zwykle nie można określić w postaci liczbowej – cechy materiałulllSpawalnośćllBiozgodnośćllHartownośćllLejnośćllllWłaściwości, których nie można określić bez uzależnienia od zastosowanej techniki pomiarowej – właśc. TechnologicznelllTwardośćlllInne – nie wynikają bezpośrednio ze związku między bodźcem a reakcją – np. ekonomiczne, cenalllGęstośćl
ρ = m/V
ρ = masa komórki elementarnej/objętość komórki elementarnej
masa komórki elementarnej = (liczba atomów * masa atomowa)/stała Avogadra
objętość komórki elementarne – zależy od rodzaju układu krystalograficznego
Gęstość pozorna – stosunek masy do objętości mierzonej łącznie z porami
ρpoz=m1/(m1-m2)*ρ0
ro0 – gęstość cieczy
lPorowatość - zawartość pustych przestrzeni – porów w jednostce objętościlP=(ro-ropoz)/ro *100%
lSypkość – wielkość kąta usypu – zawartego pomiędzy tworzącą luźno usypanego Stośka, a podstawą (mierzona dla materiałów proszkowych)llNasiąkliwość – zdolność do wchłaniania wody przez materiałlllNasiąkliwość wagowa – stosunek masy wody wchłoniętej przez materiał do jego masy w stanie suchymnw=mw-m/m *100%llNasiąkliwość objętościowa – stosunek objętości wody wchłoniętej przez materiał do jego objętości w stanie suchym
nw=Vw-V/V*100%llWłaściwości cieplnelTemperatura topnienia - jest zależna od stabilności termicznej materiału – ma wpływ chociażby energia swobodna. Najniższe temperatury mają polimery, potem kompozyty, ceramiki i metale mogą mieć bardzo wysokie temperatury topnienia.llPrzewodność cieplna – zdolność materiału do przewodzenia strumienia cieplnego powstającego na skutek różnicy temperatury na jego powierzchniach. Parametrem jest λ – współczynnik przewodności cieplnej, stała materiałowa zależna od temperatury. llRozszerzalność cieplna – wzrost wymiarów i objętości ciał pod wpływem wzrostu temperatury. Liniowy współczynnik rozszerzalności cieplnej wyraża względne wydłużenie materiału występujące podczas ogrzania materiału o jeden stopień.
α=1/l0 * Δl/ΔTllNaprężenia cieplne – są spowodowane nierównomiernym rozszerzaniem cieplnym różnych obszarów materiału (w zakresie odkształceń sprężystych) poddawanego zmianom temperatury.lllI rodzaju – wynikają z anizotropii (zależności od kierunku) rozszerzalności poszczególnych ziaren lub anizotropii modułu Younga\llII rodzaju – wynikają z nierównomiernego rozkładu temperatury w objętości materiałulllOdporność na wstrząsy cieplne – maksymalna różnica temperatury, przy której maksymalne naprężenia cieplne są równe wytrzymałości tworzywa. Rośnie, gdy: lllrośnie wytrzymałośćllmaleje rozszerzalność cieplnallmaleje moduł YoungalllPojemność cieplna – zdolność materiału do kumulowania ciepła podczas ogrzewanialWłaściwości magnetyczne
lMoment magnetyczny – wytwarzany przez elektrony, które oddziałująz z zewnętrznym polem magnetycznym wytwarzają moment magnetyczny orbitalny i spinowy
M=χ * H H – natężenie pola magnetycznego, χ – podatność magnetycznalllDiamagnetyki - χ<0lllKażdy atom ma zerowy moment magnetycznyllNp. Cu, Ag, Au i gazy szlachetne, jony Na+ i Cl-, gazy H2, O2, N2, półprzewodniki Si, Ge, diament, metale Be, Mg, Zn, Cd, HglllParamagnetyki - χ>0lllPierwiastki o niecałkowicie zapełnionej zewnętrznej powłoce elektronowejllMomenty magnetyczne są zorientowane przypadkowo i się znoszą.lllAntyferromagnetykilllJednakowe momenty magnetyczne atomów są zorientowane antyrównolegle – znoszą się. llMetale paramagnetyczne, np. Pt, Pd, Mn (alfa), Ni, sole manganulllFerromagnetyki - χ>>0lllMomenty magnetyczne atomów są uporządkowane wewnątrz każdej domenyllNp. żelazo, nikiel, kobalt, gadolin, erb, dysproz, tul, holm i terbllSilne właściwości magnetycznellTemp. Curie – powyżej niej, zanikają właściwości magnetyczne, ferromagnetyki zmieniają się w paramagnetykilll
v. Ferrimagnetyki – różne momenty magnetyczne każdego typu atomów są zorientowane antyrównolegle.
lIndukcja magnetyczna – określa gęstość strumienia magnetycznego i zależy od przyłożonego pola magnetycznegoB = μ * H μ – przenikalność magnetycznallDomeny magnetyczne – stanowią strukturę magnetyczną materiałów ferromagnetycznych. Są to małe makroskopowe obszary o rozmiarach ok. 0,01 mikrometra, w których wszystkie momenty wypadkowe atomów mają zgodną orientację.
Przy braku pola zewnętrznego wypadkowy moment magnetyczny ferromagnetyku jest równy zeru – wypadkowe momenty magnetyczne domen są zorientowane losowo.
Po przyłożeniu zewnętrznego pola magnetycznego, wszystkie domeny ferromagnetyka ustawiają się jednakowo.
Przeorientowanie momentów spinowych atomów domeny w kierunku pola magnetycznego oraz przemieszczenie się ścianek Blocha odgraniczających domeny prowadzi do ich wzrostu.llPętla histerezy magnetycznej – struktura materiału wpływa na postać pętli histerezy magnetycznej, decydując o ruchliwości ścianek Blocha między domenami magnetycznymi. Skład chemiczny materiału wpływa na wartość namagnesowania nasycenia. Duża ruchliwość ścianek Blocha decyduje o małej szerokości pętli i stratności magnetycznej – materiały magnetycznie miękkie.llMateriały magnetycznie miękkielllWłaściwościlllWąska pętla histerezy magnetycznejllDuże nasycenie magnetyczne przy nieznacznym polu magnetycznymllDuża przenikalność początkowallMała wartość stałej anizotropii magnetycznejllMała magnetostrykcja (zmiana wymiarów kryształu pod wpływem namagnesowania, jest to zjawisko odwracalne, to znaczy odkształceniu sprężystemu materiału magnetostrykcyjnego towarzyszy zmiana stanu namagnesowania.lllŻelazo, stopy na osnowie żelazallFerrytyllSzkła metaliczne na osnowie Fe, Fe-Ni, Fe-Co-Ni z dodatkami Cr, Mo, W, Zr, Nb oraz niemetali B, P, Si o strukturze amorficznej lub nanokrystalicznelllMateriały magnetycznie twardelllWłaściwościlllSzeroka pętla histerezy magnetycznejllDuża wartość remanencji BrllDuża wartość koercji duża wartość iloczynu (BH)max (gęstość energii magnetycznej)llDuża anizotropia magnetokrystaliczna i magnetostrykcjalllWłaściwości elektryczne
lPodział materiałów ze względu na przewodność.lllPrzewodniki elektrycznellDielektryki (izolatory)llPółprzewodnikilllWłaściwości elektryczne – prąd elektryczny to strumień ładunków przenoszonych oprzez odpowiednią płaszczyznę w materiale przez różne typy cząstek:lllElektronyllDziuryllJonyll
Przewodnictwo elektryczne za pośrednictwem cząstek jest uzależnione od:
a. Liczby danych cząstek w jednostce objętości
b. Ładunku elektrycznego każdej cząstki
c. Średniej ruchliwości cząstek.
lKonduktywność – przewodność elektryczna [Siemens/metr]llMateriały przewodzące prąd elektrycznylllPrzewodowelllNa kable, druty, przewody elektrycznellWysoka przewodnośćllWytrzymałość na rozciąganiellGranica plastycznościllWytrzymałość na pełzaniellWysoka przewodność cieplnallWysoka temperatura topnieniallWysoka dopuszczalna temp. pracyllPlastycznośćllLut owalnośćllSpawalnośćllMała aktywność chemicznallOdporność na korozjęlllOporowelllRezystywnośćllObciążalność prądowallStabilność właściwości elektrycznychllWytrzymałość na rozciąganiellDopuszczalna temperatura pracy ciągłejllTemperaturowa granica plastycznościllObrabialnośćllPodatność na rekrystalizacjęllOdporność na korozjęllPasywacja lllStykowelllWysoka odporność na przebiciallOdporność na zmiany prądówllElementy łączące w obwodachlllTermoelektryczne lllWraz ze wzrostem temperatury ma miejsce spadek przewodnictwa metali, ale wzrost przewodnictwa półprzewodników.llMateriały dielektrycznelllSłabe przewodnictwo elektryczne – ruża rezystywnośćllZdolność do gromadzenia ładunku elektrycznego, wynikająca z polaryzacji dielektryka na dipole elektryczne pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego albo innych czynników zewnętrznych, np. naprężenia mechanicznego lub temperaturylllPolaryzacja elektronowa (chmura elektronów ustawia się zależnie od kierunku pola)llPolaryzacja jonowa (jony się przyciągają do siebie)llDipolowa (dipole się ustawiają zgodnie z przyłożonym polem elektrycznym)llPrzestrzenna (wady strukturalne)lllDuża wytrzymałość elektrycznalllFerroelektrykilllBardzo duża przenikalność elektryczna związana z obecnością domen spolaryzowanych spontaniczniellPolaryzacja ma kształt krzywej pętli histerezyllPrzenikalność elektryczna zmienia się nieliniowo wraz z temperaturą, osiągając największą wartość nieznacznie poniżej temp. Curie – powyżej tej temperatury przenikalność elektryczna gwałtownie się zmniejszalllAntyferroelektryki – kryształy o dwóch identycznych antyrównoległych spolaryzowanych podsieciach o wypadkowej polaryzacji spontanicznej równej zeru.llFerrielektryki – kryształy o dwóch nieidentycznie antyrównolegle spolaryzowanych podsieciach, cechujący się małą wypadkową polaryzacją spontaniczną.llPiroelektrykilllMateriały, w których jedna z ich powierzchni podczas ogrzewania uzyskuje ładunek ujemny, a w trakcie ochładzania dodatni, gdy druga zachowuje się odwrotnie, a wartość ładunku zależy od szybkości zmian temperatury. Przy ustalonej temperaturze, ładunki na powierzchniach po jakimś czasie są neutralizowane przez ładunki swobodne, a zmiana spontanicznej polaryzacji elektrycznej zachodzi w wyniku nawet niewielkich zmian temperatury.ll