Pruefungsfragen - ......... PDF

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Werkstoffe – Fragenkatalog alle Fragen bis inkl. 14. Jänner 2010

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Kapitel 1

1.1

Buch S. 18 Bsp. 6 (Energie von Photonen)

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Kapitel 2

2.1

Aufgabensammlung 2.1

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Kapitel 3

3.1

kräfte zwischen atomen: ansatz für kraft und potentieller energie herleiten, mit diagrammen etc. (anfang von kapitel 3)

3.2

a) Bindungsenergie aus den Abständen der Atome und der potentiellen Energie herleiten. b) Daraus dann die thermische Ausdehnung erklären (Da wollte Nicolics unbedingt eine Skizze haben, die das eindeutig zeigt).

3.3

Ionenbindung erläutern, mit kov. Bindung vergleichen und die Richtungsabhängigkeit erläutern; Geben Sie einige Stoff-Bsp an.

3.4

Mündlich: Arten v. Bindungen (Buch Kap. 3)

3.5

Metallische Bindung

3.6

Um NaCl bis zum monoatomaren Zustand zu verdampfen muss man 3MJ/mol Energie zuführen, berechnen sie die Bindungsenergie zwischen Na un Cl. b.) rel. Massen gegeben von Na und Cl. Errechnen sie die Masse von NaCl

3.7

Wasserstoffbrückenbindung. Unterschiede und Gemeinsamkeiten zur kovalenten Bindung.

3.8

mündl: Wasserstoffbrückenbindung anhand vom Wassermolekül

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Kapitel 5

5.1

Millersche Indizes (S.80) Ebenen, Richtungen; Indizes der Ebene x + 1/2*y + 2/3*z = 0

5.2

Aufgabensammlung Bsp. 5.1 (Kubisch flächenzentriertes Gitter)

5.3

Aufgabensammlung Bsp. 5.8 (Modifikation von Titan)

5.4

Kristallgitter - Packungsdichte berechnen Mündlich: Zeichnen Sie ein Kristallgitter. Was ist die Einheitszelle? Was ist die Basis? Ist die Wahl einer Basis eindeutig? Wieviele und welche Gitter gibt es? Wie sieht das Diamantgitter aus? Beispiele für Diamantgitter. Welche Bindungsart geht der Kohlenstoff ein? Wie sieht die H20-Bindung aus? Wie sieht eine CH4, C2H6,... - Bindung aus?

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(Winkel, Lage) (Siehe auch Folien!!) 5.5

Si Kristall: 2 ineinander verschobene kfz-Gitter (zeichnen, Packungsdichte, Dichte,...)

5.6

Atomradius von Silicium in Diamantstruktur berechnen. dichte und molare masse von Si gegeben.

5.7

Packungsdichte von kubisch-flächenzentriertem Gitter berechnen + Vorgangsweise erklären

5.8

Diamantgitter

5.9

Kugeldichte von hexagonal dichtester Kugelpackung aufzeichnen und ausrechnen

5.10 mündl: NaCl Struktur aufzeichnen 5.11 Bsp Atomradius von Si wenn in Diamantstruktur (Dichte, Ar(Si) gegeben)

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Kapitel 6

6.1

a) System mit vollständiger Löslichkeit im flüssigen und beschränkter Löslichkeit im festen Zustand aufzeichnen und Abkühlkurven beschreiben b ) Hebelgesetz beschreiben, in welchem Bereich gilt das Hebelgesetz? Anwendung des Hebelgesetzes in einem Legierungsdiagramm Eutektisches System: Phasen beschriften. Abkühlungskurve bei einer bestimmten

6.2

Konzentration. Bei verschiedenen Temperaturen angeben was vorliegt und in welchen Konzentrationen (Hebelgesetz) 6.3

Legierung mit vollkommener löslichkeit im flüssigen und vollkommener löslichkeit im festen zustand erklären (+Diagramme &Abkühlkurven), Hebel-beziehung

6.4

Mündlich: Fragen zum Legierungssystem (Was bedeutet Unlöslichkeit im festen Zustand? --> Eutektikum, A und B Kristalle fein durchmischt, laut Keplinger sieht das aus wie ein "Fingerabdruck"; Ist der Verlauf wie er im Buch S.128 (Abb. 6.14) dargestellt wird real möglich? --> Nein, es gibt immer Mischkristalle an den Legierungsextremwerten, da kaum 100% reine Metalle existieren)

6.5

Aufgabensammlung 6.5 (natürlich leicht geänderte Zahlen)

6.6

YBCO: aus einem Kristallbild + Tabelle chem.Summenformel ableiten (siehe S.132 Abb.6.19)

6.7

2 Stoff-System Legierungsdiagramm

6.8

Legierungsdiagramm (wie im Buch) gegeben, Abkühlvorgang und -verlauf beschreiben bei bestimmten Konzentrationen

6.9

Legierungsdiagramm (intermetallische Verbindung CuMg - ähnlich wie 6.11)

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6.10 Mündlich: Phasendiagramm einer intermetallischen Verbindung aufzeichnen und erklären. Kann P beliebig verschoben werden.... 6.11 intermetallische verbindung. mögliche legierungen als chemische formeln angeben. und phasen beschriften. im prinzip nicht schwer 6.12 mündl: Charakteristiken von intermetallischen Verbindungen 6.13 Intermetall. Verbindungen: von MgCu-Legierung das Phasendiagramm erklären (Kap.6) 6.14 Bsp mit Intermetallübergängen, Linien nach gängiger Konvention beschriften, z.b. Si7Th3 od SiTh 6.14 Gegeben war das Phasendiagramm einer Metallids, wobei im Diagramm einige Legierungen eingezeichnet waren. Man sollte den Erstarrungprozess (inkl dem Diagramm von der Temperatur über die Zeit) erläutern.

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Kapitel 7

7.1

Keramisches Dreistoffsystem: Konzentrationsdiagram zeichnen und einen vorgegebenen Bereich einzeichnen

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Kapitel 10

10.1 Wärmekapazität (allgemein, spezifische, molare, einzelne Freiheitsgrade, Debyesche Temperatur) sprich das ganze Kapitel Gleichungen für Wärmekapazität anschreiben (mit Einheiten) und die Abhängigkeit der Wärmekapazität von den versch. Stoffen (fest , gasförmig) erläutern (sprich: die Freiheitsgrade, u.s.w.) Mündlich: Wärmekapazität, welche gibt es, wie definiert, warum unterscheidet man molare wärmekapazität von der spezifischen. hat die unterscheidung einen praktischen nutzen? wärmekapazität bei gasen, zusammenhang m - V bei Erwärmung..... Mündlich: Wärmekapazität, Klassifikationen und Werte (einatomig etc) 10.2 a) Ähnlich 10.2 im Übungsbuch, aber nur ein Stoff, der hineingeschüttet wird (Masse gegeben) und man sollte aus den Temperaturen und den spezifischen Wärmekapazitäten (alles gegeben) die H2O-Menge berechnen. Rechengang ist im Prinzip gleich wie 10.2. Dewargefäß; Aufgabensammlung Bsp. 10.2 (Wärmemengenmessung im Dewargefäß): Grundsätzlich musst du die Formeln für die spezifische Wärmekapazität anschreiben, also für die Metalle alleine und fürs Wasser alleine, da hast dann jeweils Gleichungen mit der Seite 3 von 9

Temperatur,

der Wärme,

der

Masse

und den

spezifischen

Wärmekapazitäten.

Wenn nun ins Gefäß geschüttet wird, dann ändert sich die Temperatur (ist angegeben), die Wärmemenge ist die Summe der einzelnen Wärmemengen (Energieerhaltung), aber auch die Summe der über die spezifische Wärmekapazität berechenbaren Wärmemengen mit der neuen Temperatur. So hat man die erste Gleichung für die beiden Massen, die zweite bekommt man, weil ja die Gesamtmasse der Metalle gegeben ist. 10.3 Aufgabensammlung 10.3 10.4 Mündlich: therm. Werkstoffeigenschaften. 10.5 Mündlich: Zusammenhang elektr. und therm Leitfähigkeit. Wiedemann Franz Lorzenz Gesetz 10.6 Mündlich: Kennen Sie eine Werkstoffgröße, die Wärmetransport mit der Temperatur verknüpft? (Er wollte auf die Wärmeleitfähigkeit hinaus) 10.7 Wärmeleitfähigkeit wird über kugeltest gemessen, innen ist es heiß außen kalt, man sollte irgendwie die formal für lambda aufstellen, wobei noch ein Hinweis für kugelkoordinaten gegeben war. 10.8 Potentialenergie und Atomabstand bei Bindungskräften herleiten. Aus diesem Zusammenhang die Wärmeausdehnung erklären. 10.9 Temperaturabhängigkeit des Diffusionskoeffizienten 10.10 3 stoffe gegeben, bei denen der bereich zwischen drei gegeben konzentrationspunkten besondere thermische eigenschaften vorliegen - man sollte in einem dreiphasendiagramm diese fläche einzeichnen 10.11 Diffusion: Berechnen Sie den Diffusionskoeffizienten, wenn Do und die Aktivierungsenergie Q gegeben ist. (Antwort: Hinschreiben der Glg. D=Do*exp(-Q/R*T) ) 10.12 Mündlich: Beschreiben Sie einen thermoelektrischen Effekt genauer!

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Kapitel 12

12.1 Supraleiter: Was ist ein Supraleiter? Welche Arten von Supraleitern gibt es? (1., 2., und 3. Art; Shubnikov-Phase) Kann man einen beliebig großen Strom durch den Supraleiter schicken? (Nein, weil durch den Strom ein Magnetfeld entsteht und irgendwann einmal die kritische Feldstärke überschritten ist.) Suszeptibilität und mü r bei Supraleitern 12.2 Elektronenemission: Definition, Austrittsarbeit, Oberflächenbarriere, Abhängigkeit von der Temperatur, … Wie sieht der Potentialverlauf an der Grenze zur Oberfläche aus Seite 4 von 9

(Skizze)? Welche Arten von Elektronenemission kennen Sie? (Antwort: Im Prinzip das Unterkapitel "Elektronenemission" aus Kap.12) 12.3 austrittsarbeit bei metallen (was ist das, größenordnung, diagramm zeichnen. Bedeutung der Austrittsarbeit bei Kontakten) 12.4 Aufgabensammlung Bsp. 12.5 (Widerstand eines Metalldrahtes): du setzt für rho = rho0 * (1+alpha_rho*(theta-theta1)) und l = l * (1+alpha_l*(theta-theta1)) die ganz normalen reihenentwicklungen an für A: A = A0 * (1+alpha_l*(theta-theta1))^2 da die fäche ja immer mit dem quadrat der ausdehnung (zB. des Radius bei kriesförmigem Querschnitt) zunimmt dabei kürzt sich einer dieser Terme heraus, dann noch einen Koeff.vergleich mit R = R0 * (1+alpha_ges*(theta-theta1)) und man bekommt für alpha_ges das was im buch steht … 12.5 Silberdraht: n=5,4*10^28 m^-3, roh=1,63*10^-8 Ohm-m, E= 0,1 V/m (Werte ungefähr). Berechnen von Driftgeschwindigkeit, Beweglichkeit (a) und Stromdichte (b). 12.6 Mündlich: Elektrische Leitfähigkeit von Metallen: Wie macht man Leitfähigkeit besser, was sind Einflussfaktoren. Dann kurzer Ausflug zu den Supraleitern (Wieso wurde Quecksilber bei den ersten Versichen verwendet ? Man kann es Destillieren und leicht reines Quecksilber herstellen). 12.7 Mündlich: Leitfähigkeit von Metall A über Temperatur zeichnen, wie schaut dann eine Mischung von Metall A+B aus ? 12.8 Mündlich: Seebeck/Peltier/Thomson Effekt (Buch S.314) + Seebeck-effekt , wie er funktioniert, zu was er verwendet wird (Temperaturmessen) und welche beiden physikalischen Größen verbindet er (Temperatur mit einer Spannung); vorallem bezogen auf voltasche-spannungsreihe): wo muss die temperaturdifferenz sein? es müssen die kontakte auf unterschiedlicher temp. sein, nicht die leiter!! 12.9 Mündlich: Matthiessen Regel 12.10 Mündlich: Wodurch wird der el. Widerstand eines el. Leiters erhöht? (Im Prinzip ist es um

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Stoßprozesse gegangen, die auch indirekt in der Mathiessenschen Regel beschrieben werden.)

Welche Art der Bewegung haben Elektronen nach diesem Modell? (gleichmäßig beschleunigte Bewegung, weil sie durch E-Feld beschleunigt werden und damit die Kraft und somit nach F=m*a auch die Beschleunigung konstant bleibt.)

12.11 Stromdichte und Leitfähigkeit im Metall aus Größen wie µ, v, E ... herleiten (allgemein). Größenordnung des ohmschen Widerstandes bei Metallen und Isolatoren angeben 12.12 Frequenzabhängigkeit von Dielektrizitätszahl, bzw. Dipolrelaxation (wichtig: Elektronen im Metall für Wärmetransport zuständig; im Buch ziemlich schlecht erklärt => alternative Quellen nachschaun) 12.13 Mündlich: Was ist der unterschied diffusionskonstante/diffusionskoeffizient.

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Kapitel 13

13.1 Polarisierungsarten 13.2 Mündlich: Was unterscheidet Gravitationsfeld von elektrischen Feld? (--> el. Feld Polarisiert Materie, d.h. verändert sie; Dann gings auch schon weiter mit den ganzen Polarisationsarten...) 13.3 Elektrische Phänomene a ) Erläutern Sie die Elektrostriktion, die Piezoelektrizität und die Ferroelektrizität b ) Erkläre anhand einer Skizze die hohe relative Dielektrizitätszahl von Bariumtitanat. 13.4 Was ist Ferroelektrizität? Worin besteht der Zusammenhang zum Ferromagnetismus? Zeichnen Sie mir die Kurve auf! Wird die Sättigung praktisch erreicht? (Nein, weil dafür sehr hohe Feldstärken notwendig wären und vorher ein Durchschlag auftritt.) Beispiel? z.B. Bariumtitanat 13.5 Mündlich: Piezoelektrizität (durfte sich der Kollege aussuchen nachdem Nicolics nach einem beliebigen mechanisch-elektrischen Effekt gefragt hat) 13.6 Aufgabensammlung Bsp. 13.5 (Dielektrizitätszahl von Wasser) 13.7 Mündlich: Welche Durchschlagsarten kennen Sie? 13.8 Mündlich: Warum ist der Effekt der Elektrostriktion nicht umkehrbar? (Eigentlich wollte er nur darauf hinaus, dass in der Formel E^2 vorkommt und somit eine Richtungsänderung des E-Feldes keine Änderung bewirkt.) 13.9 Mündlich: Elektronenpolarisation herleiten. 13.10 Mündlich: Frequenz bei elektr. Eigenschaften (zuerst von epsilon, dann auf epsilon® mit Seite 6 von 9

Frequenzabhängigkeit --> dann irgendwie auf die Polarisationsmechanismen). 13.11 mündl: Leitfähigkeit im Ionenkristall (Ionenleitfähigkeit) 13.12 a) Grundgleichungen von Isolatoren aufschreiben + alle Einheiten b ) Zusammenhang zwischen submikroskopisch und makroskopisch herstellen c) Zusammenhang zwischen Stromdichte und Driftgeschwindigkeit herstellen 13.13 a.) leiten sie die dielektrizitätskonstante(zahl??) eines wasser-moleküls her. gegeben war das dipolmoment p die temperatur 25°C. b.) wie is der zusammenhang wenn sich ketten bilden? wie lang sind diese ketten im mittel. ausserdem war noch die rel. dielektrizitätskonstante von wasser bei 25°C gegeben und das gewicht von O und H in units.

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Kapitel 14

14.1 El. Werkstoffgrößen. 14.2 Mündlich: Paramagnetismus Kann dieser Sättigen so wie Ferromagnetismus --> Ja bei tiefen Temperaturen leicht möglich; Was ist Unterschied Ferro- & Paramagnetismus? 14.3 Diamagnetismus. Wenn Kapa bei Diamagnetismus nicht temperaturabhängig ist, welche Komponente in der Formel m= e^2*r^2*B/(4*m) von Beispiel 14.6 ist dann temperaturabhängig und wieso, bzw ist überhaupt eine dieser Komponenten temperaturabhängig? Kann Masse jemals mehr werden, wenn ja wann? Wieso ist B hier nicht temperaturabhängig? Was ist r in diesem Beispiel? Geben sie ein Beispiel und zeichnen sie r ein. Erklären sie an H was die temperaturabhängigkeit in diesem Bsp bewirkt. 14.4 Ferromagnetismus (umfangreich) mit bloch-wänden etc: Was sind Wandprozesse? Woher kommt die Komponente der Wandenergie? Warum ist der reversible Wandprozesse der Neukurve eine lineare Funktion?Erklären sie reversible Wandprozesse anhand einem Beispiel. Erklären sie irreversible Wandprozesse. Was sind Drehprozesse? Magnetisierung eines Ferromagneten in und entgegen Vorzugsrichtung - M-H Diagramm wie schaut es aus und warum. Voraussetzungen für Ferromagnetische Werkstoffe? (Bedingung an den Quotienten Atomabstand-Radius der äußeren d- bzw. f-Schale und das Vorhandensein von Außenelektronen, die sich nicht gegenseitig absättigen, muss man sich im Kapitel 14 bisserl zusammensuchen).

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Spins? (im Zuge dessen auch erwähnt, dass Edelmetall nicht ferromagnetisch ist und warum...) 14.5 Mündlich: Dann noch was über Transformatoren (also wieder zurück zum Magnetismus), Wie schaut es mit Verlusten aus. Welche gibt es, wie kann man sie kleiner machen. 14.6 Mündlich: wie kann man entmagnetisieren? punktweises überlagern von wechselfeld das abnimmt UND erhöhen der temp. über die curie-temperatur. 14.7 Hysterese bei hart- und weichmagnetischen Materialien. Zeichnen und erklären Sie die Hystereseschleife und die Neukurve. Sättigkurve bei Nickel – Temperaturabhängigkeit 14.8 a.) Magnetische Werkstoffgrößen mit Feldgleichungen anschreiben/auflisten, Einheiten sämtlicher Größen angeben (im Prinzip der Anfang vom Kapitel 14). b.) Was bedeutet die Fläche der Hysteresekurve? (hab mich zuerst nicht ausgekannt, aber Nicolics wollte drauf hinaus, dass die Fläche eine Energiedichte ist, die die Ummagnetisierungsverluste beschreibt) 14.9 Magnetische Zusammenhänge (Makroskopisch., Mikroskopisch, Einheiten, Momente..) 14.10 Permeabilität: Erläutern Sie die Temperaturabhängigkeit verschiedener Permeabilitäten. (Antwort: Überblick über die versch. Magnetismus-Arten aus Kap.14, inkl. Diagramme) 14.11 Magnetische Anisotrpie a ) Was versteht man unter der magnetischen Anisotropie? b ) Welche Arten der magnetischen Anisotropie kennen Sie, und Ursachen? c ) Leiten Sie die Kristallanisotropie kubischer Kristalle ab. d ) magn. Anisotropiekonstante bestimmen (Fläche über der Kurve integrieren, oder so ähnlich). Es gab einen Hinweis, aber man musste wissen, dass man die Fläche über der Kurve bestimmen muss und nicht die Fläche unter der Kurve! Angeblich hat man das im Labor gemacht - kann mich aber nicht daran erinnern!

14.12mündlich: antiferromagn. und ferrimagn., grundlagen ferromagnetismus, korngrenzen und domänengrenzen 14.13mündl: Wie schaut das Sättigungsverhalten bei einem magnetisierbaren Werkstoff aus. Zusammenhang H-B (nach Sättigung linear weiter, das Vakuum µ0 noch exisitert. jedoch viel kleiner als µr) 14.14mündl: Sind die Magnetisierungsverluste in den USA (60Hz) größer als bei uns, wenn das selbe Gerät verwendet wird (ja -> da jeder Scheifendurchlauf zählt) 14.15magn momente von Fe, Ni und Co berechnen, gegeben war atomradius und

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sättigungspolarisation. aja und kristallgitter. wenn man weiß wie nicht schwer 14.16magn Moment im Bohr´schen Magneton, Einheiten, gegeben war atomradius und polarisation für drei verschiedene materialien, außerdem war die gitterstruktur gegeben(in englischen Abkürzungen) und man sollte die Einheitszellen skizzieren 14.17mündl: Sie wünschen sie vom Christkind einen Werkstoff mit besonders hohen Sättigungswerten. Wass muss der können? (hohe magn. Momente und Atomdichte)

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Unsortiert:

x.1

Mündlich: Bindungen, Wärmekapazität, magn Anisotropie

x.2

Mündlich: Elektrische Werkstoffgrößen und Vergleich zu den magnetischen

x.3

Mündlich: Erklären sie die Richardson Dushman Glg

x.4

Mündlich: Zusammenhang zwischen molekularen Dipolmomenten und makrosk. Feldgrößen

x.5

Mündlich: Bildung von Domänen (Warum, Streufeldabsättigung, Wandenergie, etc.)

x.6

Mündlich: Wie ist der Zusammenhang zwischen elektr. Feldstärke & Längenausdehnung?

x.7

Frequenzabhängigkeit der der Permitivität und Polarisationsarten

x.8

Welche Effekte kennen sie, die eine Längenänderung mit einer elektrischen Feldstärke

verknüpfen x.9

Mündlich: Erklären Sie die Frequenzabhängigkeit der Dielektrizitätszahl! Womit kann man die Frequenzbereiche vergleichen (Mikrowellen, optisches Licht, Infrarotes Licht)

x.10 Man hat 10 Tonnen Fe2O3, wie viel Eisen kann man daraus gewinnen. rel. Atommassen angegeben (~70%) x.11 Abstand zwischen Elektron und Proton gegeben, Coulombkraft und Graviationskraft (Formel gegeben) ausrechnen. (Masse vom Proton aus H-Atom ausrechnen) x.12 tetraeder mit gegebenen ionenradien. ausrechnen ob sie sich berühren.. und dann ideales radienverhältnis davon. sollte man vorher mal gemacht haben... x.13 mischungsverhältnis Bl, Sn 60/40 gegeben rho, M, V.... gefragt wieviele blei atome / volumen x.14 mündl: Ionengitter aufzeichnen (beliebig) und daran die ger. Verformbarkeit erklären, Vergleich mit Metallen

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