¡Descarga Resumen Callister y más Resúmenes en PDF de Ingeniería Mecánica solo en Docsity!
CIÈNCIA I TECNOLOGIA DELS MATERIALS
TEMA 0 INTRODUCCIÓ
TEMA 1 INTRODUCCIÓ
01 INTRODUCCIÓ
CLASSIFICACIÓ DELS MATERIALS
- METALLS, combinacions d’elements metàl·lics. Gran nombre d’electrons deslocalitzats. Condueixen perfectament calor i electricitat i són opacs. Són resistents però deformables, s’utilitzen en estructures.
- CERÀMIQUES, compostos químics formats per metalls + no-metalls. Generalment són aïllants tèrmics i elèctrics. A elevada temperatura són més resistents que metalls i polímers. Són dures i molt fràgils.
- POLÍMERS, des de plàstics al cautxú. Compostos orgànics basats en carboni, hidrogen i altres no-metalls, caracteritzats per la gran longitud de les estructures moleculars. Tenen densitats baixes i molta flexibilitat
- MATERIALS COMPOSTOS, dissenyats per obtenir la millor combinació de les característiques de cada component.
- SEMICONDUCORS, tenen propietats elèctriques entre els conductors i els aïllants. Són molt sensibles a impureses. Formen part de electrònica i ordinadors
TEMA 1 ESTRUCTURA ELECTRÒNICA I ENLLAÇOS INTERATÓMICS
02 ESTRUCTURA ELECTÒNICA I ENLLAÇÓS ATÒMICS (C2; 1-5)
ESTRUCTURA ATÒMICA
Model quàntic determinista Els electrons estan en orbites fixes. Hi ha una energia fixada a cada canvi d’òrbita. La menor energia es dona l’òrbita més interior.
Model quàntic probabilístic Calcula la zona del espai (orbital) on hi pot haver l’electró, Schrödinger. Tenint en compte el principi d’incertesa de Heisenberg. Utilitza 3 nombres quàntics principals per definir electró:
- n: nombre quàntic principal (1,2,3,4...), indica el nivell.
- l: nombre quàntic angular (0,1,2,3...n-1), indica el subnivell s, p, d o f.
- ml: nombre quàntic magnètic (-l,...,-1,0,1,...,l), estat energètic per cada subnivell. Cada orbital pot estar ocupat per dos electrons amb espí diferent:
- ms: +1/2 / -1/ Quan:
- l=0, orbital s
- l=1, orbital p
- l=2, orbital d
- l=3, orbital f
- l=4, ...
PRINCIPI D’EXCLUSIÓ (PAULI): no hi pot haver 2 nombres quàntics iguals. PRINCIPI D’OCUPACIÓ (HUND): els electrons ocupen els major espai (orbitals) possible.
REACTIVITAT/ ENLLAÇ
Electronegativitat capacitat d’un element per captar un electró d’un altre element (Pauling) ) )
Energia d’enllaç associada a l’enllaç i relacionada amb l’estabilitat i el punt de fusió. És l’energia necessària per separar 2 àtoms que es troben en el punt d’energia mínima fins al infinit.
03 ENLLAÇ I TIPUS DE MATERIALS (C1; 1/ C2;6-8)
TIPUS D’ENLLAÇ
Enllaços Primaris
- IÒNIC, format per elements “metall + no metall”. Els metalls (esquerra TP) cedeixen fàcilment un electró. Els no metalls (dreta TP) bon receptor electrons. Tots els àtoms adquireixen una configuració estable del gas inert. Les forces atractives del enllaç són les FORCES DE COULOMB (entre càrregues positives i negatives). És un enllaç “no direccional”. És l’enllaç predominant en els MATERIALS CERÀMICS. Les energies d’enllaç van de 600 a 4500 kJ/mol. Es reflexa en: altes temperatures de fusió. És caracteritzen per la duresa, fragilitat i per ser aïllants tèrmica i elèctricament.
- COVALENT, dos àtoms units covalentment aporten cada un almenys un electró. Els electrons compartits es consideren dels 2 àtoms. És “direccional”. Apareix en sòlids elementals (diamant, silici, germani..) i en compostos sòlids de “no metall + no metall”. Poden ser enllaços molt forts, materials molt durs (diamant) amb T de fusió molt altes i també molt dèbils (bismut) amb T de fusió baixes. És l’enllaç característic dels MATERIALS POLIMÈRICS.
- METÀL·LIC, els àtoms de valència no pertanyen a cap àtom sinó que formen part d’un núvol comú. És un enllaç “no direccional”. Els electrons lliures actuen d’unió. L’enllaç generat pot ser fort o dèbil. Amb E des de 68 kJ/mol a 850 kJ/mol. Amb T de fusió de - 39ºC a 3410ºC. És l’enllaç característic dels METALLS I ALIATGES. Són bons conductors de l’electricitat i de calor degut als electrons lliures.
Enllaços Secundaris Els enllaços secundaris o de VAN DER WAALS són dèbils en comparació als primaris. Existeixen enllaços secundaris entre tots els àtoms de les molècules però poden no tenir rellevància. Aquests tipus d’enllaç és evident en els gasos inerts, que tenen configuració electrònica estable, i entre molècules en el que els àtoms estan units covalentment. És característic dels SÒLIDS MOLECULARS. Sorgeixen de dipols (resultat de interacció càrregues positives i negatives). Les interaccions dipolars passen entre dipols induïts i dipols permanents. L’enllaç per PONT d’HIDROGEN, és un tipus especial d’enllaç secundari que apareix entre molècules que tenen hidrogen. Tipus d’enllaços secundaris:
- ENLLAÇ DIPOL INDUÏT FLUCTUANT, una molècula simètrica elèctricament es crea un dipol induït. T de fusió i ebullició molt baixes, són els enllaços intermoleculars més dèbils.
- ENLLAÇ DIPOL INDUÏT-MOLÈCULA POLAR, molècula polar crea dipol induït en una de no polar, l’enllaç és la força d’atracció entre aquestes.
- ENLLAÇ AMB DIPOLS PERMANENTS, les energies d’enllaç son significativament majors a les dels dipols induït. És el tipus d’enllaç secundari més fort.
Materials Monocristalls Disposició atòmica perfecte al llarg de tota la mostra, totes les cel·les estan entrellaçades. Pot ser natural o artificial. Materials Policristal·lins La majoria de sòlids cristal·lins són un conjunt de petits cristalls o grans.
05 IMPERFECCIONS EN SÒLIDS (C4; 1-6)
IMPERFECCIONS PUNTUALS
- VACANT, “forat” en l’estructura, serveix com a mecanisme per a moure o fer mescles de sòlids. Per trobar el nombre de vacants utilitzen: o
- AUTOINTERSTICIAL, àtom d’un cristall que ocupa un lloc on no hi ha espai, concentra molta energia ja que els àtoms acostumen a ser molt més grans que l’espai. En conseqüència no s’acostuma a donar.
- IMPURESA INTERSTICIAL d’un altre material, no afecta notablement a l’estructura ja que és de dimensions reduïdes i es pot moure per l’interior.
- SUBSTITUCIONAL, s’ocupa una vacant amb un altre element, depèn de les mides farà compressió o depressió.
SOLUCIONS SÒLIDES
- SUBSTITUCIONAL, se segueixen les regles de Hume-Rothery: diferencia Ra < 15%, els 2 metalls tenen la mateixa estructura cristal·lina, electronegativitat similar i la mateixa valència.
- INTERSTICIAL, els àtoms de les impureses omplen espais intersticials. Els Ra de les impureses han de ser bastant inferiors a les del dissolvent
IMPERFECCIONS LINEALS
- DISLOCACIONS, trobem àtoms desalineats, poden ser: De FALCA: s’insereix un semiplà d’àtoms. Els àtoms per sobre estan comprimits mentre que els que estan per sota estan sotmesos a tracció HELICOÏDAL: es forma al aplicar un esforç de cisalla. Per la part superior l’estructura es desplaça una fila més que la inferior. Són més mòbils. MIXTES: presenten components dels 2 tipus. La magnitud i direcció de les dislocacions s’expressa amb el VECTOR DE BURGERS. Habitualment amb les dislocacions es creen dipols.
IMPERFECCIONS SUPERFICIALS
- FRONTERA DE GRA, zones on hi ha un canvi d’orientació de l’estructura, al espai d’unió hi poden haver imperfeccions.
- SUBGRANS, regions del material separades per límits de gra d’angle petit θ, es poden interpretar com a petites dislocacions.
- MACLA, és un tipus especial de límit de gra, l’estructura s’emmiralla amb simetria. Es generen al aplicar forces de cisalla (macla mecànica, en els FCC) o tractaments tèrmics posteriors a la deformació (macla de recuit, en BCC i HC). Per determinar la mida del gra hi ha diferents mètodes: INTERSECCIÓ, en que contem els grans que tallen una recta; o PLANIMÈTRIC, contem els grans que hi ha al interior d’una zona i els que tallen/2.
IMPERFECCIONS VOLUMÉTRIQUES
- PORS
- XUCLETS
3. FISSURES
4. INCLUSIONS
06 DIFUSIÓ ESTACIONÀRIA (C5; 1-3)
DIFUSIÓ EN ESTAT SÒLID
És un fenomen de transport de massa per moviment atòmic. Entenem difusió com el procés en que els àtoms d’un metall difonen en un altre. També es dona en metalls purs (AUTODIFUSIÓ). Es basa en un moviment aleatori dels àtoms
MECANISMES DE DIFUSIÓ
- PER VACANTS, un àtom es mou de la seva posició normal a una vacant.
- DIFUSIÓ D’INTERSTICIALS, els àtoms van d’una posició intersticial a una altre de desocupada. Normalment és més ràpida que per vacants ja que els àtoms intersticials acostumen a ser més petits.
- DIFUSIÓ EN CURTCIRCUIT, en els límits de gra o superfícies externes, per dislocacions.
DIFUSIÓ EN ESTAT ESTACIONARI
La difusió depèn del temps. La velocitat amb que es dona s’anomena FLUX DE DIFUSIÓ (J)
(M=massa o nº àtoms; At=àrea). S’expressa en Kg/m^2 ·s o àtom/ m^2 ·s.
La condició per a que existeixi l’ESTAT ESTACIONARI és que el flux de difusió no vari amb el
temps. S’estableix la PRIMERA LLEI DE FICK: ; on D=COEFICIENT DE DIFUSIÓ que ve
expressat en m^2 /s i C=CONCENTRACIÓ que s’expressa en Kg/ m^3 o g/ cm^3. Es coneix la FORÇA IMPULSORA com allò que obliga a la reacció. En aquests casos ho es el GRADIENT DE CONCENTRACIÓ (dC/dx).
07 DIFUSIÓ NO ESTACIONÀRIA (C5; 4-6)
DEPENDÈNCIES
- TEMPS, existeix una evolució temporal.
- POSICIÓ, es present una evolució amb la profunditat.
- DIRECCIÓ, depenent de la direcció evolucionarà d’una certa manera.
- TEMPERATURA, la DIFUSIVITAT (D) varia amb la temperatura per a cada material: D=Do*e^(-Q/RT) Es treballa amb la SEGONA LLEI DE FICK en la que apareix la FUNCIÓ ERROR (taula):
√ Considerem que:
- Abans de la difusió tots els àtoms estan uniformement distribuïts (Co).
- El valor x a la superfície es 0 i augmenta amb la distancia cap al interior.
- El temps es pren 0 al instant abans de la difusió.
Algunes aplicacions de la difusió no estacionària són:
- Tractaments tèrmics a acers (carburació, nitruració o carbonitruració)
- Dopatge de semiconductors
08 DEFORMACIÓ EN MATERIALS POLICRISTALINS (C7; 1-3, 6-10) MOVIMENT DE DISLOCACIONS En els sòlids cristal·lins, la deformació plàstica involucra el moviment de les dislocacions. Aquestes pateixen una deformació que implica una evolució temporal de moviment de la dislocació, és anàleg al moviment d’un cuc o eruga. El procés en el que es produeix una deformació per moviment de dislocacions s’anomena LLISCAMENT, el pla on es mou es el PLA DE LLISCAMENT. Com més camins de lliscament hi hagi més probable és que es doni la deformació. Així que, depenent el nombre de dislocacions el comportament varia. Els defectes interiors del sòlid que faciliten deformar-los són les FONTS DE DISLOCACIÓ, ja que les dislocacions són l’origen del moviment.
Tipus de tensió: (qualsevol estat tensional pot ser una barreja)
- TRACCIÓ
- COMPRESSIÓ
3. CISALLA
4. TORSIÓ
5. FLEXIÓ
CONSTANTS ELÀSTIQUES
- MODUL D’ELASTICITAT O YOUNG (E), ; Ho fem per a deformacions petites, per tant e=0->ln(1+e)=e; e=0->Si=So->
- COEFICIENT DE POISSON (V) ; Ens diu el que s’aprima el material quan l’estirem. Si v=1/2 el volum es conserva (vi=vo)
- MÒDUL DE CISALLA (G)
- MÒDUL DE COMPRESSIBILITAT (k)
- RELACIÓ ENTRE MÒDULS a. ELÀSTICAMENT ISÒTROP, ) b. ALTRES CASOS, cúbic->3; arbitrari->36. ANELASTICITAT Comportament elàstic depenent del temps en el que el cos segueix deformant-se al acabar d’aplicar la tensió i en que tarda un temps determinat a retornar a la forma original.
10 DEFORMACIÓ PÀSTICA (C6; 6-8)
CONCEPTE DE DEFORMACIÓ PLÀSTICA
La DEFORMACIÓ PLÀSTICA es permanent, aquella en que deixem d’aplicar força i el cos no torna a la seva forma original.
ASSAIG DE TRACCIÓ
Els assajos de tracció es duen a terme amb una màquina d’assaig. Es genera una corba:
- ZONA ELÀSTICA, que acaba al LÍMIT ELÀSTIC, punt on es produeix la primera deformació apreciable. El MÒDUL DE REGILIÈNCIA (MR) és l’àrea compresa sota aquesta cobra i s’entén com a l’energia que pot retornar.
- ZONA DE FLUÈNCIA, zona en que s’alliberen les dislocacions i es pot deformar el material sense haver d’aplicar cap tensió extra.
- ZONA D’ENDURIMENT, les dislocacions es bloquegen i cada cop costa més alliberar-les. Depèn de cada material. És on es dona la TENSIÓ MÀXIMA.
- ZONA D’ESTRICCIÓ, degut a la tracció el material acaba estirant-se i com a conseqüència s’estreny:
- MODUL DE TENACITAT, l’àrea compresa per tota la corba fins al instant abans de trencar-se, s’entén com a l’energia acumulada abans de trencar-se.
- RUPTURA, el punt de tensió on es trenca el material. TENACITAT en funció de l’assaig podem determinar si un material és:
- FRÀGIL, poca deformació, un tall recte i sec.
- DÚCTIL, molta deformació, presenta estrenyiment.
11 ASSAIGS MECÀNICS (C6; 9-10)
1. ASSAIGS DE TRACCIÓ
2. ASSAIGS DE DURESA, DURESA=FAPLICADA/AEMPREMTA
a) DURESA BRINELL
√
b) DURESA VICKERS c) DURESA ROCKWELL
On D=diàmetre bola (mm); d=diàmetre empremta (MM); F=força (N)
12 FRACTURA (C8; 1-6)
RUPTURA
Separació en 2 o més trossos d’un cos degut a una tensió aplicada. Pot ser 2 tipus:
- RUPTURA DÚCTIL pateixen deformació plàstica i absorbeixen molta energia abans de trencar-se. Es dona en diferents etapes: primer es formen petites microcavitats, aquestes es van expandint fins a arribar a la ruptura. El tall té un aspecte fibrós i es produeix estricció. Amb el microscopi s’observen cavitats.
- RUPTURA FRÀGIL poca o nul·la deformació plàstica i molt poca absorció d’energia. Aquesta presenta un tall llis i brillant. Es produeix pel trencament d’enllaços. Pot ser: a. TRANSGRANULAR, a través dels grans. Deixa marques en forma de V. b. INTERGRANULAR, a través de les fronteres de gra. Deixa crestes radials.
ASSAIG DE RESILIÈNCIA
ASSAIG CHARPY, pèndol amb un martell que colpeja una proveta quadrada amb incisió.
MECÀNICA DE LA FRACTURA
- CONCENTRADORS DE TENSIONS ), una tensió pot ser amplificada o concentrada en un punt. FACTOR DE CONCENTRADOR DE TENSIONS, a) Material fràgil, no deformació plàstica: baixa b) Material dúctil, amb deformació plàstica: gran
- FACTORS GEOMÈTRICS, la geometria és important en la concentració de tensions. a) FORAT PASSANT b) ENTALLES LATERALS c) APRIMAMENT
TEORIES DE FRACTURA
- TEORIA DE GRIFFITH: MATERIAL FRÀGIL, quan un material es deforma elàsticament emmagatzema energia. Criteri per la propagació del forat el·líptic. TENSIO CRÍTICA NECESSÀRIA PER PROPAGAR UNA ESQUERDA )
- TEORIA D’IRWIN: MATERIAL DÚCTIL, )^ ;
) )
MODES DE FRACTURA
1. OBERTURA/TRACCIÓ 2. LLISCAMENT 3. ESQUINÇ
FACTOR D’INTENSITAT DE TENSIONS
Hi influeixen:
- VELOCITAT IMPACTE 2. TEMPERATURA 3. MICROESTRUCTURA
DISSENY BASAT EN MECÀNICA D’ESTRUCTURA
- Seleccionem el material: Tenacitat de fractura
- Fixem qualitat: Mida esquerda ac
- Adaptem disseny
13 FATIGA (C8; 7-9)
FATIGA
Forma de ruptura que apareix en estructures sotmeses a tensions dinàmiques i fluctuants. La fractura es produeix a una tensió inferior a la resistència de tracció o límit elàstic. Passa després d’un llarg període d’aplicació de tensions repetides o deformacions cícliques. És la primera causa de ruptura dels materials.
Límit de solubilitat, concentració màxima d’una substància que admet una fase al seu interior. Els LIMITS DE SOLUBILITAT separen fases. Solut, substància que dissolem en una altre. Dissolvent, substància que dissolt una altre.
Regla de fases, relació entre els Nombre De Components (C), el Nombre De Fases En Equilibri (F) i el NOMBRE DE GRAUS DE LLIBERAT (L): F + L = C + 2
Diagrames Binaris
- Format per 2 components.
- Eix X: CONCENTRACIÓ (pes, molècules, volum).
- Eix Y: TEMPERATURA.
- P=101.3 kPA.
- En els metàl·lics, Regla de fases: F + ( L + 1 ) = 2 + 2.
- FASE, es senyalen amb lletres GREGUES.
- COMPOSTOS, es senyalen amb lletres ROMANES.
DIAGRAMA ISOMÒRFIC
Per calcular el % de cada component fem servir la REGLA DELA PALANCA INVERSA.
TEMA 4 DIAGRAMES DE FASE
5 PROPIETATS QUÍMIQUES. CORROSIÓ I DEGRADACIÓ
NUCLEACIÓ
És un canvi de fase des de escala atòmica.
- NUCLEACIÓ HOMOGÈNIA el propi líquid proporciona els nuclis. Existeix una dependència amb la temperatura, a la temperatura de solidificació serà molt difícil fer nuclis. CONTROL CINÈTIC, a menor temperatura hi ha menor difusió ja que hi ha menor nucleació. CONTROL GLOBAL, la cinètica i la termodinàmica s’oposen, el qual fa que la màxima nucleació la trobem en un punt entremig. A prop de la temperatura de fusió podrem obtenir un sol nucli.
- NUCLEACIÓ HETEROGÈNIA afegim nuclis de tal manera que en controlem el nombre i la mida.
CREIXEMENT
- CREIXEMENT PLA, sòlid més sobrerefredat que el líquid, creix més a les valls.
- CREIXEMENT DENDRÍTIC, líquid més sobrerefredat que el sòlid, creix per les puntes.
- CREIXEMENT REAL SEGREGACIÓ Variació química en funció de la composició
16 DIAGRAMES DE FASES II (C9; 7-9)
DIAGRAMA ISOMÒRFIC
DIAGRAMA EUTÈCTIC L S1 + S
DIAGRAMA EUTECTOIDE S1 S2 + S
DIAGRAMEA PERITÈCTIC L + S1 S2 DIAGRAMA PERITECTOIDE S1 + S2 S
Dissolució Sòlida, tracta d’introduir impureses en el material per tal que sigui més dur.
- SUBSTITUCIONAL, busquem la major distorsió per excés o per defecte creem falca.
- INTERSTICIAL, deixen clavades les dislocacions, disminueixen mobilitat. Precipitats, el més eficient són molts precipitats i petits Treball en fred, deformem el material de diferents maneres (forja, laminat, trefilat, extrusió, embotició, recalcat i doblegat. TF=100·(Sf-So)/So o TF=100·(1-Lo/Lf) En un TEFILAT: TF=(1-(rf/ro)^2 · Al aplicar treball en fred perdem ductilitat, d’altre banda el límit elàstic augmenta (es fa dur).
RECRISTALITZAC IÓ
És un procés que es basa en ESBORRAR LA MEMÒRIA del material per poder-lo adequar. Mecanisme
- RESTAURACIÓ, no canvio el nombre de dislocacions, les ordeno.
- RECRISTAL·LITZACIÓ, esborrem l’estructura anterior i creem una nova xarxa cristal·lina de tal manera que disminuïm la mida del gra.
- CREIXEMENT DEL GRA Si la difusió és cap a un costat, el creixement de la frontera de gra serà cap a l’altre sentit.
ALUMINIS NO TRACTABLES TÉRMICAMENT
Són aquells els quals no podem endurir amb tractaments tèrmics de tal manera que hem de millorar el material DOFORMANT i RECRISTAL·LITZANT. Com més treball en fred acumulat tingui, més baixa serà la temperatura de recristal·lització.
ALUMINIS TRACTABLES TÈRMICAMENT
Els trobem en diagrames de fases.
TEMA 5 PROPIETATS QUÍMIQUES. CORROSIÓ I DEGRADACIÓ
20 CORROSIÓ I (C18; 1-6)
REACCIONS REDOX
SEMIREACCIÓ D’OXIDACIÓ, s’oxida, perd electrons. SEMIREACCIÓ DE REDUCCIÓ, es redueix, guanya electrons.
PILES ELECTROQUÍMIQUES En les piles, al ÀNODE es dona la OXIDACIÓ, en el CÀTODE la reacció de REDUCCIÓ. El VOLTATGE depèn de les substàncies de les reaccions. Per calcular el potencial:
- Establim les semireaccions.
- Canviem el sentit de la semireacció amb el potencial (ΔV) més baix.
- Igualem el nombre d’electrons i sumem les semireaccions.
- ΔG=-(n·m)F·ΔV Si ΔG<0 la reacció és ESPONTÀNIA Si ΔG>0 la reacció és NO ESPONTÀNIA L’EQUACIÓ DE NERST és important a l’hora de valorar la influència de la concentració i la temperatura en el potencial d’una pila:
)
Fixant temperatura ambient (T=25ºC, 298K)
)
VELOCITAT DE CORROSIÓ
La VELOCITAT DE PENETRACIÓ DE CORROSIÓ, es la velocitat d’eliminació del material com a conseqüència de l’acció química.
; sent W=massa perduda, t=temps, A=àrea mostra, k=constant,.
La VELOCITAT MOLAR DE CORROSIÓ, es la forma d’expressar la velocitat de corrosió en funció de la densitat de corrent.
; sent i=densitat de corrosió, n=nºd’electrons, F=ct de Faraday.
POLARITZACIÓ
S’entén per POLARITZACIÓ la variació del valor de cada potencial d’elèctrode, es dona quan el sistema no està en equilibri. El SOBREVOLTATGE és la magnitud amb la que es determina la variació del potencial. La POLARITZACIÓ Pot ser de 2 tipus:
- POLARITZACIÓ D’ACTIVACIÓ, la velocitat de la reacció està controlada per l’etapa més lenta. Està relacionat amb la barrera de l’energia d’activació.
- POLARITZACIÓ PER CONCENTRACIÓ, quan la velocitat de la reacció està limitada per la difusió en la dissolució. La PASSIVACIÓ és la pèrdua de la reactivitat química degut a unes condicions particulars. Té lloc en metalls com crom, ferro, níquel, titani i molts aliatges. Aquest comportament deriva d’una capa d’òxid que es situa a la superfície del material i el converteix en inert. Aquest fenomen fa resistent a la corrosió al material.
21 CORROSIÓ II (C18; 1-6)
FORMES DE CORROSIÓ
- ATAC UNIFORME, forma de corrosió electroquímica que actua amb igual intensitat a tota la superfície. És la forma més comú de corrosió i la menys molesta, ja que es pot preveure i pal·liar fàcilment i és poc significatiu a nivell estructural.
- CORROSIÓ GALVÀNICA passa al unir dos metalls amb diferent composició, el material més actiu experimenta corrosió mentre que el material inert queda protegit de la corrosió. Es pot reduir utilitzant metalls propers en la sèrie galvànica, evitant una relació d’àrees ànode-càtode desfavorable, aïllant elèctricament els metalls, connectant un tercer metall.
- CORROSIÓ PER AIREACIÓ DIFERENCIAL, la corrosió es dona en zones on hi ha menys concentració de gasos, com a conseqüència, ataca a zones que no veus. Es pot prevenir utilitzant soldadures en lloc de unions per entornillament o rematxades, utilitzant interiors no absorbents, eliminant els dipòsits acumulats i dissenyant recipients sense àrees estanques.
- CORROSIÓ PER PICADURES ataca un punt en concret i penetra. En molt casos és indetectable ja que penetra cap al interior i debilita molt l’estructura. Es pot prevenir amb superfícies polides.
- CORROSIÓ INTERGRANULAR passa generalment als límits de gra. Per prevenir-la es pot sotmetre el material a una temperatura elevada per redissoldre el crom, baixant el contingut de crom, aliant el acer inoxidable amb altres elements.
- ELIMINACIÓ SELECTIVES, s’elimina un sol element d’un aliatge sòlid. El material queda porós a les zones on s’ha eliminat.
- CORROSIÓ PER EROSIÓ combinació atac químic + abrasió mecànica o desgast. Es pot presentar en tuberies (angles i colzes) o hèlix. Per pal·liar-la s’eliminen els efectes de turbulència, s’utilitzen materials concrets o s’eliminen partícules i bombolles de la dissolució.
- CORROSIÓ SOTA TENSIONS apareix al combinar un esforç de tracció + ambient corrosiu, la corrosió forma petites esquerdes que s’escampen en la direcció del esforç.
- CONDUCCIÓ EN AILLANTS I SEMICONDUCTORS, nomes energies majors que la zona prohibida poden activar un electró, genera electró lliure i forat.
MOBILITAT ELECTRÒNICA
Centres Dispersors, contraresten l’acceleració del camp, poden ser:
- VIBRACIONS TÉRMIQUES (fonons)
- DEFECTES A LA XARXA (impureses, vacants, intersticials, dislocacions)
RESISTIVITAT ELÈCTRICA
Llei De Matthiessen, ρ= ρt + ρi + ρd
- ρt=contribució tèrmica ; ρt = ρo+aT
- ρi=contribució d’impureses ; ρi = A·Ci·(1-Ci); Ci=concentració en fracció atòmica.
- ρd=contribució de defectes.
CONDUCTIVITAT IÓNICA
És deguda als ions (anions i cations); σTOTAL= σELECTRÒNICA + σIÒNICA
23 SEMICONDUCTORS (C19; 10-13)
SEMICONDUCTORS INTRÍNSECS
Tenen la banda de valència completament plena i separada de la banda de conducció buida per una interval d’energia prohibida relativament petit < 2eV. Cada electró excitat a la banda de conducció deixa un FORAT, ja que falta un electró a la banda de valència. Aquest FORAT és ocupat per un altre electró de valència que a l’hora torna a deixar un forat. Es considera que aquest forat es mou i es tracta com a un protó. | | (^) | |
SEMICONDUCTORS EXTRÍNSECS
Deuen la seva conductivitat a les impureses
- SEMICONDUCTORS TIPUS N: són extrínsecs amb impureses donadores (G V), tenen excés d’electrons
- SEMICONDUCTORS TIPUS P: són extrínsecs amb impureses acceptadores (G III), tenen manca d’electrons
DEPENÈNCIA DE LA CONDUCTIVITAT AMB LA TEMPERATURA
EFECTE HALL
Voltatge Hall
Resistència Hall (^) | |
Mobilitat | |
24 DIELÈCTRICS (C2; 7 / C19; 17-22)
FORCES DIPOLARS
Dipol Elèctric, dues càrregues elèctriques iguals, de signe oposat i separades una distància. Moment Dipolar, p=q·d; on p=moment dipolar, q=carrega de cada càrrega, d=distància. Força Dipolar, força d’atracció entre els pols de signe oposat de 2 dipols diferents. Aquesta augmenta amb el moment dipolar i disminueix amb la distància. Molècula Dipolar, és una molècula amb una distribució asimètrica d’electrons. Poden ser:
- DIPOL PERMANENT, degut a una diferent electronegativitat dels àtoms (el més electronegatiu atrau més electrons).
- DIPOL FLUCTUANT, degut a oscil·lacions puntuals.
CONDENSADORS
Condensadors És un dispositiu electrònic compost per 2 plaques separades per un aïllant (dielèctric). En definim la CAPACITAT D’UN CONDENSADOR com la C=Q/V (Farad F), la capacitat depèn de la forma, mida i materials. Els condensadors poden tenir diferents formes, els mes comuns són els PLANS o CILINDRICS.
Dielèctrics Es tracta d’un material aïllant que omple les armadures d’un condensador. Té diferents funcions: MECÀNICA, mantenir les armadures separades; AUGMENTAR RUPTURA DIELÈCTRICA, augmentar la diferència de potencial màxima que suporta sense conduir; AUGMENTAR LA CAPACITAT, augmentat la permitivitat elèctrica.
PERMITIVITAT ELÈCTRICA
Permitivitat del buit ϵo=8.85·10-12^ F/m Permitivitat d’un dielèctric ϵ=C·L/A Permitivitat relativa ϵr= ϵ/ ϵo
Desplaçament dielèctric (D) és la densitat superficial de càrrega a les armadures del condensador: D= ϵ·ε; on ϵ=permitivitat del medi, ε=intensitat del camp elèctric.
POLARITZACIÓ ELÈCTRICA
És el procés d’alinear els dipols elèctrics en un camp elèctric. En un condensador redueix la càrrega aparent. ) ; (D=desplaçament elèctric)
- POLARITZACIÓ ELECTRÒNICA o INDUIDA, només existeix quan hi ha el camp elèctric.
- POLARITZACIÓ IÒNICA, tant sols es dona en materials iònics, el camp elèctric deforma els enllaços iònics creant dipols induïts que causen polarització. Es típica dels ceràmics.
- POLARITZACIÓ PER ORIENTACIÓ, es troba amb substàncies amb moments dipolars permanents. Aquestes s’orienten segons el camp.
RIGIDESA DIELÈCTICA
Ruptura dielèctrica Camp mínim necessari per excitar els electrons de les molècules i transformar el dielèctric en conductor. Rigidesa dielèctrica Intensitat màxima de camp elèctric que pot resistir un dielèctric sense convertir-se en conductor
25 ALTRES PROPIETATS ELÈCTIQUES(C19; 23-24)
FERROELECTRICIAT
És una propietat que presenten certs materials de retenir una polarització neta un cop retirat el camp elèctric. Hi trobem aplicacions en la fabricació de condensadors, detectors d’infraroig i generació i detecció d’ultrasons. Coneixem la TEMPERATURA DE CURIE, com la temperatura a la qual un material deixa d’experimentar ferroelectricitat i es comporta com un dielèctric.
PIEZOELECTRICIAT
Aparició d’un camp a elèctric a la superfície d’un material durant l’aplicació d’una càrrega mecànica o Aparició d’una deformació mecànica d’un material durant l’aplicació d’un camp elèctric. Hi trobem aplicacions en transductors electromecànics (agulles tocadiscs, micròfons, altaveus, sistemes d’ignició, rellotges, ultrasons).
Es pot incrementar la resistència al xoc tèrmic:
- Introducció de pors o segones fases dúctils
- Tremp superficial
27 Propietats Magnètiques I (C21; 1-5) DIPOLS MAGNÈTICS Dues càrregues magnètiques iguals i de signe oposat separades una certa distància. (no existeixen càrregues magnètiques soles)
CAMPS MAGNÈTICS
Els camps magnètics provenen de 2 fonts:
- Dipols Magnètics 2. Corrents elèctrics. Intensitat De Camp Magnètic (H), H=N·I/L (A/m), en el cas d’una bobina. Inducció Magnètica (B), B=μo·H (Tesla T) on μo=PERMEABILITAT MAGNÈTICA en el buit= 4π·10-7^ (H/m) (Henri/metre). μ=μo+μr Magnetització (M), B=μo·(H+M) (A/m) Susceptibilitat Magnètica (χm), M=χm·H ; χm= μr-
MOMENT MAGNÈTIC
- MOMENT MAGNÈTIC D’ESPÍ, l’electró gira sobre ell mateix
- MOMENT MAGNÈTIC ORBITAL, l’electró gira al voltant d’un eix; m=-μb·ml Magnetó de Bohr (μb), μb=9.27·10-24^ (A·m^2 )
FORMES DE MAGNETISME
- DIAMAGNETISME, àtoms sense dipol magnètic->cal induir-lo (H), M<0.
- PARAMAGNETISME, àtoms amb dipol magnètic aleatori->cal alinear-lo (H), M>0.
- FERROMAGNETISME, àtoms amb dipol magnètic alineat->rotació de dominis (imants).
- FERRIMAGNETISME, moments contraposats de diferent valor.
- ANTIFERRIMAGNETISME, moments contraposats d’igual valor.
28 Propietats Magnètiques 2 (C21; 6-9) DOMINIS MAGNÈTICS Zona amb igual orientació dels dipols magnètics. És extremadament difícil trobar un monodomini. Tenim dominis que tanquen un camp magnètic. Paret de domini: zona de transició entre 2 dominis Un camp magnètic aplicat fa créixer els dominis en aquella direcció, no tenen tendència a tornar. Magnetització d’un ferromagnètic es basa en anar orientant els dipols. Té un creixement inicial molt gran, després el procés és més lent, això és degut a que primer s’orienten els dipols que ja estan amb una posició propera a la del camp aplicat.
HISTÈRESIS MAGNÈTICA
Al aplicar un camp H, tots els dipols es van orientant fins a tenir tots la mateixa orientació (saturació). Llavors es produeix un canvi de sentit de H. La corba no inverteix el camí original sinó que B rep un retard. Quan H=0, es manté un camp B anomenat romanència. El material segueix magnetitzat tot i no haver-hi camp aplicat H.
Altres cicles:
- MAGNETITZACIÓ PARCIAL (transformadors)
- DESMAGNETITZACIÓ PARCIAL
INFLUÈNCIA DE LA TEMPERATURA
Un augment de la temperatura tendeix a augmentar la agitació tèrmica el qual provoca que es desalineïn moments. Al augmentar la temperatura, la magnetització de saturació va disminuint. Temperatura de Curie és coneix com aquella temperatura a la qual la magnetització de saturació disminueix a 0
MATERIALS MAGNÈTICS
Material tou: (cicle histèresi petit, estret)
- Petites pèrdues d’energia
- Alta permeabilitat
- Baixa força coercitiva
Material dur: (cicle histèresi gran, ample)
- Altes pèrdues d’energia
- Alta romanència
- Alta força coercitiva
29 Propietats Òptiques (C22; 2-9) RADIACIÓ ELECTROMAGNÈTICA És un tipus d’ona consistent en els components d’un camp magnètic i d’un camp elèctric perpendiculars entre sí i també en la direcció de propagació. Propietats de la radiació electromagnètica:
- Espectre electromagnètic
- Velocitat de propagació c=300.000 Km/s
- L’energia està quantitazada E=h·v=h·c/λ
- Fotons presenten dualitat ona-corpuscle
INTERACCIONS ATÒMIQUES-ELECTRÒNIQUES
Polarització electrònica, es modifica la localització dels electrons respecte l’àtom. S’absorbeix part de l’energia. La velocitat de la llum en el medi disminueix (refracció). Transicions electròniques, un electró absorbeix un fotó, aquest electró passa a un estat excitat el qual comporta un increment d’energia És un mètode per classificar materials, depenent de la longitud d’ona que caracteritza cada element.
ABSORCIÓ
Efecte dels intervals d’energia, si el fotó xoca amb un sòlid i aquest aporta prou energia com per arribar al estat superior d’energia, el fotó és absorbit. Si el nivell està ocupat el fotó no pot ser absorbit i traspassa, és el que passa amb els materials transparents. Amb degradació
- LUMINISCÈNCIA: si fotó emès és visible a) FLUORESCÈNCIA, si el temps d’emissió < 1s b) FOSFORESCÈNCIA, si el temps d’emissió > 1s
TRANSMISSIÓ
- TRANSPARÈNCIA, deixa passar la llum sense alterar.
- TRANSLÚCID, deixa passar llum, però no imatges (desviació al atzar).
- OPAC, no deixa passar llum. ; It=intensitat transmesa; Io=intensitat inicial;
REFRACCIÓ
