Taller 5 Materiales difusion y ley de fick PDF

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Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales, 4th Edition CAPÍTULO 5: Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales Fecha de Entrega de Ensayo según Normas APA: Fecha definida en el Q10. Número máximo de integrantes de Grupo: dos estudiantes. Por favor se les recuerda Leer el Capítulo 5 del Libro en referencia, atender las explicaciones en Clase, visualizar los videos y presentaciones adjuntas para dar respuesta al siguiente cuestionario: Se les recuerda el Video Ejemplo, VISTO Y EXPLICADO en clase:

https://www.youtube.com/watch?v=l7SVBj_uAOY Bajar el Libro: https://www.pdfdrive.com/fundamentos-de-la-ciencia-e-ingenier%C3%ADa-de-materiales4th-edition-fundamentos-de-la-ciencia-e-d33965808.html

Docente: Ricardo Chegwin

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CUESTIONARIO DEL CAPITULO 5.1 ¿Qué es un proceso activado térmicamente? ¿Qué es la energía de activación para un proceso como éste? Es un proceso en el cual ocurren reacciones que están en estado sólido, que implican reordenaciones espontaneas de átomos a nuevas y más estables disposiciones atómicas de esta. Su energía adicional requerida por encima de su energía media se los átomos se llama energía de activación

∆e* Sus unidades son (Julios/ Mol o Cal/Mol) La energía de activación: es un sistema que se necesita antes de poder iniciar este proceso térmico, se utiliza para determinar la energía mínima necesaria para que produzca una reacción química dada para que ocurra una reacción entre dos moléculas, están deben colisionar en la orientación correcta y poseer una cantidad de energía mínima, a medida que las moléculas se aproximen sus nubes de electrones y estos se repelen, esto requiere de energía de activación y proviene del calor del sistema en cada molécula.

5.2 Escriba una ecuación para el número de vacantes en equilibrio que presenta un metal a una temperatura determinada y defina cada uno de los términos. Indique las unidades para cada término y utilice voltios de electrón para la energía de activación. La fracción de átomos o moléculas es un sistema con energías mayores que E* n = Ce –E*/KT NTotal  Donde n: Numero de átomos o moléculas con energía mayor a E*  Ntotal: Número total de átomos o moléculas presentes.  K: Constante Boltzman  T: Temperatura en K  C: Constante. El número de vacantes en equilibrio a una temperatura dada en una red cristalina térmica Nv = Ce –Ev*/KT N      

Nv: Número de vacantes N: Número total de posiciones atómicas -Ev: Energía de activación T: Temperatura absoluta K: Constante Boltzman = 8,62 * 10-5 eV/K C: Constante

Docente: Ricardo Chegwin

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*5.3 a) Calcule el número de vacantes en equilibrio por metro cúbico en el cobre puro a 850°C. Considere que la energía de formación de una va cante en el cobre puro es de 1.00 eV.

Nv=No. e

[ −Qv kT ]

T=850°C+273°K=1123°K

g mol

Masa(Cu)= 63,54

g c m3

Densidad (Cu)=8,96

g atm 23 mol mol mol x 6.023 x 10 =7.91 No= g c m3 8.96 3 cm 24 atm No= 4,271 x 10 c m3 63.54

[

−1

]

atm 8,62 x 10 Nv=4,271 x 10 .e c m3 6 3 1 x 10 c m 20 vacantes x 1,393 x 10 NV= 1 m3 c m3 26 vacantes NV= 1,393 x 10 m3 24

− 5( 1123 ° K )

b) ¿Cuál es la fracción de vacantes a 800°C? T= 800°C+273°K=1073°K

[

−1

atm 8,62 x 10 .e Nv=4,271 x 10 c m3 vacantes Nv=8,611x 1019 c m3 Nv FV= No 8,611 x 10 19 Fv= 4.271 x 1024 −5 Fv=2,016 x 10 24

− 5( 1073 ° K )

]

5.4 a) Calcule el número de vacantes en equilibrio por metro cúbico de plata pura a 750°C. Considere que la energía de formación de una vacante en plata pura es de 1.10 eV. −Qv [ kT ] Nv=No. e

T=750°C+273°K=1023°K Masa(Ag)= 107,86

g mol

Densidad (Ag)=10,49

Docente: Ricardo Chegwin

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g atm 23 mol mol mol =10.282 x 6.023 x 10 No= g c m3 10,49 3 cm 24 atm No= 6,193 x 10 c m3 107,86

[

−1

]

atm 8,62 x 10 Nv=6,193 x 10 .e c m3 6 3 20 vacantes 1 x 10 c m NV= 1,248 x 10 x 1 m3 c m3 26 vacantes NV= 1,248 x 10 m3 24

− 5( 1073° K )

b) ¿Cuál es la fracción de vacantes a 700°C? T=700°C+273°K=973°K

[

−1

atm 8,62 x 10 Nv=6,193 x 10 .e c m3 24

Nv=4,110x 10

19

− 5( 973°K )

]

vacantes c m3

Fv=

Nv No

Fv=

4,110 x 10 6,193 x 1024

19

Fv=6,636x 10−6 RESOLVER PROBLEMA PROPUESTO 1. La superficie de un engranaje fabricado en acero 1018 (0.18% en peso C) se carburiza a 927°C. Calcule el tiempo necesario para incrementar el contenido en carbono a 0.35% en peso a 1.00 mm por debajo de la superficie del engranaje. Suponga que el contenido en carbono en la superficie es de 1.20% en peso. D (C en hierro _) a 927°C = 1.28 × 10 −11 m2/s. Datos: C0=0,18%

CX=0,35% Cs=1,2% X=1mm

D=1.28x 10−11

m2 s

Cx−C 0 0,35−0,18 =0,16667 = Cs−C 0 1,2−0.18 Cx−C 0 =1−erf (z ) Cs−C 0 Erf(z)=1-0,16667=0,83333

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Z 0,95 1,00

Erf(z) 0,8209 0,83333 0,8427

z −0,95 0,83333−0,8209 = 1−0,95 0,8427−0,8209 z −0,95 =0,5702 0,05 z−0,95=0,02851 Z=0,97851

z=

x 2 √ DT −3

0,97851=

1 x 10 m 2√ 1.28 x 10−11 T 1 x 10−3 m

1 2 t =

2( 0.97851) 1

√(

1.28 x 10−11

m2 s

)

1

t 2 =142,8235 s2 T=20.398,5521s =339,9759min= 5,6663 horas

BIBLIOGRAFIA Texto Guía Askeland 1, Donald R. Ciencia e ingeniería de los materiales, 6ª Edición. Iberoamericana, México, 2004. Cengage Learing. Textos complementarios Smith, William F. Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales, Cuarta edición, Mc Graw-Hill, Madrid, 2006. Mangonon Pat L. Ciencia de Materiales, selección y Diseño. Prentice Hall. Shackelford, James. Introduccion a la ciencia de Materiales para Ingenieros. Ed. Prentice Hall. Martin, Nuria. Ciencia de Materiales para Ingenieros. Prentice - Hall Hispanoamericana. Bibliografía en segunda lengua Callister William D., Jr. “Materials Science and engineering an introduction” Fourth Edition. Edit. Wiley. Askeland, D. The science and engineering of materials. Cengage Learningr. 2010

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Smith, William F. Fundamentals of Materials Science and Engineering. 5th Edition. McGrawHill.2009.

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