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| Question | Answer |
| Wie kann aus dem Bindungspotential U(r) die Kraft zur Auslenkung der Atome in einem Festkörper berechnet werden? | F(r) = - (dU/dr) |
| Wie ist der thermische Ausdehnungskoeffizient definiert? | |
| Was ist die Maßeinheit vom thermischen Ausdehnungskoeffizienten? |
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| Warum ist der thermische Ausdehnungskoeffizient im Normalfall positiv? | Bei Zunahme der Temperatur nimmt der mittlere Abstand und die mittlere Auslenkunng zu. |
| Geben Sie vier Bindungstypen an, die für den Zusammenhalt von Festkörpern wichtig sind. | Ionische Kovalente Metallische Sekundare |
| Warum sind kovalent gebundene Materialien Isolatoren oder bestenfalls Halbleiter? | Elektronenmangel (keine freien Elektronen ergo keine elektrische Leitfähigkeit) |
| Valenzelektronen sind die Elektronen | - der äußeren Orbitale eines Atoms, die an Bindungen beteiligt sind. - , die die bindenden und antibindenden Orbitale einer kovalenten Bindung besetzen |
| Wodurch wird eine Kristallstruktur definiert? | Kristallgitter und Basisvektoren |
| Was geben die folgenden Klammern an: 1. (hkl) 2.[hkl] 3.<hkl> (etwas schmaler eig) 4.{hkl} | 1. spezielle Ebene 2. spezielle Richtung 3. allgemeine Richtung 4. allgemeine Ebene |
| Was sagt die Gleichung für die Leerstellenkonzentration c aus? | - nimmt exponentiell mit T zu - sinkt exponentiell mit steigender Aktivierungsenergie |
| Da Elektronen Fermionen sind, | - gilt für sie der Gelcihverteilungssatz nicht - müssen sie dem Pauliprinzip gehorchen |
| Gegeben sind Werte für die Bandlücke einiger Materialien. (Isolator, Metall oder Halbleiter) 1. E(g) = 0 eV 2. E(g) = 6,5 eV 3. E(g) = 1,1 eV 4. E(g) = 0,15 eV | 1. Metall 2. Isolator 3. Halbleiter 4. Halbmetall |
| Was versteht man unter Querkontraktion? | Bei einer Längenänderung tritt gleichzeitig senkrecht dazu eine Breitenänderung auf. (v= -(epsilon2)/(epsilon1)) |
| Nenne Sie drei Hauptgruppen, in die Polymere unterteilt werden. | Duroplaste Thermoplaste Elastomere |
| Worin unterscheidet sich anelatisches von viskoelastischem Verhalten? | Bei Anelastizität erfolgt Dehnung und reversible Rückbildung zeitverzögert. Viskoelastizität enthält zusätzlich eine bleibende plastische Verformung. |
| Die Arbeit, die aufgewendet werden muss, um Gummi zu strecken wird genutzt zur .. | Verminderung der Entropie im Gummiband. |
| Nennen Sie zwei der besonderen Eigenschaften von eutektischen Systemen. | Sie besitzen einen niedrigeren Schmelzpunkt als die reinen Komponenten. Sie laufen beim Abkühlen un den eutektischen Tripelpunkt. Sie besitzen einen eindeutig bestimmbaren Schmelzpunkt. |
| Was versteht man in der Werkstoffwissenschaft unter Elastiziät? | Die Eigenschaft eines Körpers, - unter Krafteinwirkung seine Form zu verändern und bei Wegfall der einwirkenden Kraft in die Ursprungsform zurückzukehren. -bei gleicher Spannung die gleiche Dehnung zu zeigen. |
| Aussagen zur Madlung-Konstante | - abhängig von der Ionenladung - dimensionslos - Sie gibt das Verhältnis der Bindungsenergie pro Ion im Kristallgitter zur Bindungsenergie pro Ion bei einem einzelnen Ionenpaar an |
| Was gibt die Koordinationszahl an? | Anzahl nächster Nachbarn in einer Strukureinhei in einem Kristall |
| Wie kann man bei gegebener Kraft für die Anziehung zweier Ionen im Abstand r(0) die Energie berechnet werden, die notwendig ist, um Ionen zu trennen. | |
| Welches sind die Besonderheiten der metallischen Bindung? | - Die beteiligten Elemente haben zu viele Elektronen - Durch freie Elektronen sind die Metalle gute Leiter. |
| Warum ändert sich die Leitfähigkeit von Silizium, wenn man es mit Phosphor dotiert? | Posphor ist 5-wertig, Silizium 3-wertig; daher bildet Phosphor Zustände knapp unterhalb des Leitungsbdandes. Das überschüssige Elektron kann leicht ins Leitungsband angeregt werden |
| Die Beweglichkeit von Elektronen im Festkörper ist beschränkt, weil .. | - die Elektronen mit um ihre Ruhelage oszillierenden Atome kollidieren - Defekte verhindern, dass sich die Elektronen geradlinig ausbreiten können |
| Definieren Sie den Begriff Kristallgitter. | - periodische Anordnung von Punkten im 3-dimensionalen Raum. Jeder Punkt kann durch die Kombination 3er Basisvektoren erreicht werden. |
| Wie gelangt man vom Kristallgitter zur Kristallstruktur? | Durch die Angabe dreier Basisvektoren Basis + Gitter |
| Was versteht man unter einem Flächendefekt? | 2D Korngrenze, Phasengrenze Stapelfehler |
| Welche Dimensionalität hat eine amorphe Ausscheidung? | 3D |
| Welchen Einfluss haben Versetzungen auf dei Verformbarkeit von metallischen Werkstoffen? (Begründung!) | Die plastische Verformung von Werkstoffen erfolg ausschließlich über die Erzeugung und Wanderung von Versetzungen. Zur Unterdrückung gilt -> Verhindern von Versetzungen Energetisch günstigster Prozess -> Nur wenige Bindungen müssen gleichzeitig gelöst werden. (vorschläge für eine bessere Erklärung?) |
| Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass .. | - ein System im thermodynamischen Gleichgewicht eine möglichst große Entropie hat. - die Entropie eines geschlossenen Systems nie von alleine kleiner wird. - Die Generation von Arbeit durch Abkühlen eines Wärmereservoirs ist unmöglich |
| Im Bezug auf das Bändermodell wichtige Eigenschaften von 1. Isolator 2. Halbleiter 3. Metall | 1. volles Valenzband, große Bandlücke, E(g) > 2,5 eV 2. volles Valenzband, Bandlücke E(g) zwischen 0,5 eV und 2,5 eV schlechte Leiter (undotiert), temperaturabhängiger Widerstand 3. teilweise besetztes Valenzband (Überlappend mit Leitungsband) E(g) < 0,5 eV |
| Nennen Sie einige typischen Vertreter der Klasse der spröden Materialien. | Ionenkristalle, Gläser, Keramiken |
| Was passiert bei Polymeren im Bereich der Glastemperatur? | - Der E-Modul ändert sich um mehrere Größenordnungen - Es tritt die größte Änderung in der Verformbarkeit auf. |
| Aussagen zur Thermoplaste | - Sie sind bei niedrigen Temperaturen hart - Ihre Konformation ist meist linear mit wenig verzweigten Ketten - Sie erweichen bei Temperaturzunahme |
| Was gibt der Schmelzpunkt eines Materials an? | Phasenübergang, ab da wird die innere Energie kleiner bei Phasenänderung |
| Warum haben Materialien mit einem hohen Schmelzpunkt in der Regel einen großen E-Modul? | |
| Definition Ionisationsenergie (in Bezug auf Energie) | Die Energie, die notwendig ist, um aus einem neutralen Atom ein Kation zu erzeugen. |
| Definition Bindungsenergie (in Bezug auf Enerige) | Die Nettoenergie der Anziehung (oder Abstoßung) als Funktion des Abstandes zwischen 2 Atomen oder Ionen |
| Definition Elektronenaffinität (in Bezug auf Energie) | Die Energie, die notwendig ist, um aus einem neutralen Atom ein Anion zu erzeugen. |
| Nennen Sie mindestens drei Materialeigenschaften, die sich auf dem Bindungspotential ableiten lassen. | - Schmelzpunkt - E-Modul - thermische Ausdehnung |
| Warum ergeben Sie bei kovalenten Bindungen in der Regel kleiner Koordinationszahlen und weniger dicht atomare Strukturen als bei ionischen Bindungen? | kovalente Bindung ist gerichtet, ionische ist ungerichtet ungerichtet --> dichteste Kugelpackung |
| Definition Raumgitter | periodische Anordung von Punkten im 3 dimensionalen Raum |
| Gegeben sei eine A-Lage. Gesucht sind die Stapelfolgen, die zu den angegebenen Bravais-Gitter gehören: 1. kubisch flächenzentriert 2. hexagonal dichteste Packung | 1. (1-atomig) ABC (0,0,0) 2. (2-atomig) ABA (0,0,0) (1/2,1/2,1/2) |
| Gleichung der Leerstellenkonzentration | |
| Nennen Sie zwei der drei Gruppen, in die Legierungen unterteilt werden. | - Kristallgemisch - Mischkristall - Intermetallische Verbindung |
| Die metallischen und die ionischen Bindung sind beide ungerichtet. Worin unterscheiden sich die beiden Bindungen? | Metall: Elektronenüberschuss, guter Leiter Ionische: Ionisationsenergie Elektronenaffinität Isolatoren |
| Nennen Sie zwei Typen von sekundäre Bindungen. | - Wasserstoffbrückenbindung - Van-der-Vaals Bindung |
| Das Pauli-Prinzip besagt: | - Mehrere Elektronen in einem System dürfen nie den selben Zustand einnehmen. - Dass ein durch die Haupt-,Neben- und magnetische Quantenzahl definierter Zustand Platz für zwei Elektronen hat. |
| Geben Sie zwei Objekte an, die die Basis in einem Kristall bilden können. | - Atom - Molekül - Protein |
| Was versteht man in der Werkstoffwissenschaft unter dem Begeriff Netzebene? | - eine Ebene die im § D Raum durch Gitterpunkte definiert ist - Lage im Raum wird durch millersche Indizes beschrieben |
| Was versteht man unter Polymorphismus? | Ab einer bestimmten Temperatur/Druck reversible den Gittertyp zu ändern |
| Geben Sie den allgemeinen Ausdruck für die mittlere thermische Energie E(th) eines Teilchens bei der Temperatur T an. | |
| Welcher Ausdruck ergibt sich damit für die mittlere thermische Engerie E(th) eines Teilchens in einem Kristall? (Begründung) | E(th) = 1/2 * 6* k * T = 3*k*T f (Freiheitsgrade) = 6 3 Freiheitsgrade für Schwinungen entlang der Raumrichtung; 3 für erhöhen der pot Energie relativ zu Lage |
| Nennen Sie mindestens zwei Eigenschaften des Potentialtopfes einer Bindung. | - unendlich viele Zustände, von denen endlich viele besetzt sind - (Delta)E nimmt mit r ab - Ion.Energ: 1 eV (äußere Schale) - einige Ke |
| Was ist ein Kristall? | regelmäßige Anordnung identischer Bausteine (Kristallstruktur (Gitter+Basis)) |
| Welche Symmetrioperationen können auf Raumgitter (Bravais-Gitter) angewendent werden? | - Spiegelung an einer Ebene - Drehung um eine Drehachse - räumliche Inversion |
| Wann spricht man von einem intrinsischen Defekt? | Defekt wird durch ein Atom ausgelöst, welches zum Kristall gehört. |
| Nennen Sie mindestens zwei Kristalleigenschaften, die durch Kristalldefekte beeinflusst werden. | Härte, Verformbarkeit, Leitfähigkeit |
| Was besagt der 1. Hauptsatz der Thermodynamik? | - dU = dQ-dW - Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden - Ohne Einwirkung von außen bleibt die Energie eines Systems konstant |
| Welche beiden Größen werden zu Beschreibung der Energie (-verteilung) eines Elektronengases benötigt? | Fermi-Energie E(f) Zustandsdichte |
| Was ist Zähigkeit? | - Die Widerstandfähigkeit eines Werkstoffs gegen Bruch. - Die auf das Volumen bezogene Arbeit, die man aufbringen muss, bis das Material bricht. (Fläche unter der Kurve) |
| Gleichung vom E-Modul | |
| Wie könnten Sie den Wert des E-Moduls mit Hilfe des Zugversuchs ermitteln? | |
| Wo genau steckt die thermische Energie, die ein Körper bei der Temperatur T besitzt? | Bewegung der Atome um ihre Ruhelage |
| Warum dehnen sich Körper in der Regel aus, wenn die Temperatur zunimmt? | Durch die Temperaturerhöhung steigt die mittlere Auslenkung -> Bindunsabstand wird größer |
| Wann tritt eine reine Ionenbindung aus? | Bindung zwischen Material mit kleiner Ionisierungsenergie kombiniter mit hoher Elektronenaffinität |
| Warum haben Ionenkristalle für gewöhnlich einen hohen Schmelzpunkt? | hohe Bindungsenergie -> hoher E-Modul und hoher Schmelzpunkt |
| Definition Elektronenaffinität | Frei werdende Energie bei Aufnahme eines Elektons durch ein neutrales Atom. |
| Was bezeichnet der Ausdruck sp^3-Hybridisierung? | Bei passenden Bindungspartnern reorganisiert sich die Elektronenverteilung, sodass drei gleichartige Bindungspotentiale zur Verfügung stehen. |
| Potentialtopf: 1. Es gibt ....... viele Zustände, von denen endlich viele besetzt sind. 2. Der Energieabstand benachbarter Zustände nimmt mir r ..... . 3. Es ist ....... , in Elektron auf ein Energieniveau zu bringen, das kein ........ ist 4. Verschiedene ........ gleicher Energie nennt man ..... . | 1. unendlich 2. ab 3. unmöglich , Zustand 4. Zustände , entartet |
| Was besagt die De-Broglie-Beziehung? | Dem Impuls eines Teilchens wird der Wellenvektor einer Welle zugeordnet. p= h/landa |
| Was versteht man unter einem "void" ? | Löcher (3-dimensionaler Defekt) |
| Warum gibt es bei endlichen Temperaturen immer intrinsische Defekte? | Weil es für den Kristall energetisch günstiger ist |
| Wie beeinflussen Versetzungen die Verformbarkeit von Werkstoffen? | Durch Versetzung wird Verformbarkeit ermöglicht, ernergetisch güntiger da nur wenige Bindungen gleichzeitig getrennt werden |
| Nennen Sie zwei Informationen, die über die Röntgenbeugung an einem Kristall gewonnen werden können. | - d(hkl) Netzebenenabstand - a Gitterkonstante |
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