Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Termodynamika metali i stopów
Tok studiów:
2016/2017
Kod:
MME-1-606-s
Wydział:
Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Metalurgia
Semestr:
6
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Osoba odpowiedzialna:
dr inż. Kozieł Tomasz (tkoziel@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
dr inż. Kozieł Tomasz (tkoziel@agh.edu.pl)
dr inż. Ziewiec Aneta (aziewiec@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Posiada encyklopedyczną wiedzę dotyczącą podstawowych funkcji i zasad termodynamiki ME1A_W04, ME1A_W02 Egzamin
M_W002 Potrafi zdefiniować warunki równowagi w układach jedno- i wieloskładnikowych ME1A_W04, ME1A_W02 Egzamin,
Kolokwium
M_W003 Zna termodynamiczne podstawy przemian fazowych ME1A_W04, ME1A_W02 Egzamin,
Kolokwium
Umiejętności
M_U001 Potrafi skonstruować dwuskładnikowy wykres fazowy w oparciu o dane termodynamiczne ME1A_U01, ME1A_U02 Zaliczenie laboratorium,
Egzamin,
Kolokwium
M_U002 Potrafi określić skład fazowy układu i zakres temperatur stabilności faz w stanie równowagi ME1A_U01, ME1A_U02 Zaliczenie laboratorium,
Egzamin,
Kolokwium
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 Posiada encyklopedyczną wiedzę dotyczącą podstawowych funkcji i zasad termodynamiki + - - - - - - - - - -
M_W002 Potrafi zdefiniować warunki równowagi w układach jedno- i wieloskładnikowych + - + - - - - - - - -
M_W003 Zna termodynamiczne podstawy przemian fazowych + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Potrafi skonstruować dwuskładnikowy wykres fazowy w oparciu o dane termodynamiczne + - + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi określić skład fazowy układu i zakres temperatur stabilności faz w stanie równowagi + - + - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:
  1. Podstawowe funkcje termodynamiczne z uwzględnieniem specyfiki stanu stałego.

    Podstawowe pojęcia termodynamiczne: układ, równowaga, składnik, faza. Funkcje termodynamiczne: energia wewnętrzna, entalpia, entropia. I i II zasada termodynamiki. Wpływ temperatury na zmianę energii wewnętrznej/entalpii przy stałej objętości/ciśnieniu.

  2. Energia swobodna, entropia zmieszania, równowagowa koncentracja wakancji.

    Energia swobodna Gibbsa i Helmholtza. Wyprowadzenie równań opisujących entropię zmieszania i równowagową koncentrację wakancji. Wpływ obecności wakancji na równowagę w układzie jednoskładnikowym. Rola wakancji w przemianach fazowych.

  3. Równowaga w układach jednoskładnikowych.

    Warunek równowagi w układach jednoskładnikowych. Wpływ zmiany temperatury i ciśnienia/objętości na zmianę energii swobodnej Gibbsa/Helmholtza. Równanie Clausiusa-Clapeyrona. Wykresy fazowe dla układów jednoskładnikowych. Równowagowa prężność par na kryształem/cieczą.

  4. Równowaga w układach wieloskładnikowych.

    Cząstkowa molowa energia swobodna (potencjał chemiczny). Warunek równowagi w układach wieloskładnikowych. Reguła faz Gibbsa. Potencjał chemiczny a prężność par nad roztworem.

  5. Termodynamika roztworów stałych.

    Rodzaje roztworów. Energia swobodna tworzenia roztworu. Ciepło (entalpia) tworzenia roztworu.

  6. Quasi-chemiczna teoria roztworów, zależność energii swobodnej od stężenia.

    Wyprowadzenie równania na energię swobodną roztworu. Wpływ stężenia na energię swobodną roztworu.

  7. Równowaga w układach dwuskładnikowych.

    Graficzne przedstawienie warunków równowagi w układzie dwuskładnikowych. Zmiana rozpuszczalności granicznej z temperaturą. Energia swobodna mieszaniny faz.

  8. Wpływ ciepła tworzenia roztworu na charakter wykresów fazowych.

    Wpływ ciepła tworzenia roztworu na kształt krzywych energii swobodnych roztworu stałego i ciekłego i na charakter wykresów fazowych (zerowe i dodatnie ciepło tworzenia roztowru). Wykresy fazowe z nieograniczoną/ograniczoną rozpuszczalnością w stanie stałym. Wykres fazowy z monotektyką.

  9. Wpływ ciepła tworzenia roztworu na charakter wykresów fazowych (ciąg dalszy).

    Wpływ ujemnego ciepła tworzenia roztworu na ewolucję wykresów fazowych. Quasi-chemiczna teoria uporządkowania. Wykresy fazowe z zakresem roztworu uporządkowanego.

  10. Termodynamika powierzchni międzyfazowych.

    Energia swobodna powierzchniowa. Natura energii swobodnej powierzchniowej. Praca zmiany pola powierzchni. Rodzaje powierzchni międzyfazowych. Powierzchnie międzyfazowe gładkie i rozmyte.

  11. Termodynamika powierzchni międzyfazowych (ciąg dalszy).

    Zależność energii swobodnej powierzchniowej od temperatury i stężenia. Równanie Gibbsa-Thomsona. Przykłady procesów, w których zmiana energii swobodnej powierzchniowej jest dominującą siłą pędną.

  12. Wpływ energii swobodnej powierzchniowej na warunek równowagi.

    Warunek równowagi w układzie wieloskładnikowym po uwzględnieniu energii swobodnej powierzchniowej. Wpływ promienia krzywizny powierzchni międzyfazowej na równowagę w układzie dwuskładnikowym. Wpływ stopnia dyspersji wydzieleń na ich ułamek objętościowy.

  13. Fluktuacje stężenia w roztworach stałych.

    Zmiana energii swobodnej związana z powstaniem fluktuacji. Roztwory stabilne, niestabilne, metastabilne względem fluktuacji. Prawdopodobieństwo wystąpienia fluktuacji w w/w roztworach.

  14. Termodynamika procesu dyfuzji.

    Strumień atomów. Termodynamiczny warunek zajścia rozpadu spinodalnego. Ujemny współczynnik dyfuzji w roztworach niestabilnych.

  15. Wykorzystanie wykresów równowagi do interpretacji stanów metastabilnych.

    Termodynamiczny zakres eutektyczny. Temperatura T0 i termodynamiczny warunek zajścia przemiany masywnej.

Ćwiczenia laboratoryjne:
  1. I zasada termodynamiki.

    Obliczanie zmiany energii wewnętrznej z I zasady termodynamiki w układach jednoskładnikowych (Fe, Al, H2O). Wyznaczanie zależności energii wewnętrznej od temperatury.

  2. Entalpia, entropia.

    Zależność pomiędzy entalpią a energią wewnętrzną. Wyznaczanie entalpii przemiany przy stałym ciśnieniu oraz zmian entropii układu.

  3. Energia swobodna.

    Obliczanie zmian entropii układzie i otoczenia podczas krzepnięcia nierównowagowego. Energia swobodna jako kryterium równowagi układu nieizolowanego.

  4. Siła pędna przemian fazowych.

    Obliczanie siły pędnej podczas krzepnięcia równowagowego i nierównowagowego (Ag, Pb).

  5. Entropia zmieszania.

    Obliczanie zmian entropii zmieszania w funkcji stężenia w układzie podwójnym.

  6. Równowagowa koncentracja wakancji.

    Wyznaczanie równowagowej koncentracji wakancji, energii aktywacji utworzenia wakancji oraz liczby wakancji w określonej objętości materiału.

  7. Wykresy fazowe w układach jednoskładnikowych.

    Wykresy jednoskładnikowe dla wybranych układów jednoskładnikowych (Fe, H2O, CO2). Przemiany alotropowe w układach jednoskładnikowych.

  8. Równowaga w układach jednoskładnikowych.

    Wyznaczanie wpływu zmiany temperatury/ciśnienia na równowagę w układzie jednoskładnikowym (Ni, Al, Sn). Obliczanie entalpii przemiany. Wpływ wzrostu ciśnienia na zakres stabilności faz.

  9. Układy wieloskładnikowe.

    Czynniki wpływające na energię swobodną w układach wieloskładnikowych. Cząstkowa molowa energia swobodna. Różnice pomiędzy energią swobodną a potencjałem chemicznym.

  10. Reguła faz Gibbsa.

    Warunek równowagi w układach wieloskładnikowych. Obliczanie liczby stopni swobody w układach jedno- i wieloskładnikowych.

  11. Quasi-chemiczna teoria roztworów.

    Energia swobodnych roztworu. Wpływ ciepła tworzenia roztworu na kształt krzywej energii swobodnej roztworu.

  12. Rozpuszczalność graniczna.

    Obliczanie rozpuszczalności granicznej składników. Wyznaczanie wpływu ciepła tworzenia roztworu i temperatury na rozpuszczalność graniczną.

  13. Wykresy fazowe 1.

    Konstrukcja wykresów fazowych w oparciu o położenia krzywych energii swobodnej faz dla zerowego i dodatniego ciepła tworzenia roztworu. Przykłady wykresów fazowych.

  14. Wykresy fazowe 2.

    Konstrukcja wykresów fazowych w oparciu o położenia krzywych energii swobodnej faz dla ujemnego ciepła tworzenia roztworu. Przykłady wykresów fazowych.

  15. Energia swobodna powierzchniowa.

    Warunek równowagi w układach wieloskładnikowych po uwzględnieniu promienia krzywizny kontaktujących się faz. Obliczanie wpływu promienia wydzieleń na rozpuszczalność graniczną w układzie dwuskładnikowym.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 131 godz
Punkty ECTS za moduł 5 ECTS
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 28 godz
Przygotowanie do zajęć 30 godz
Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. 12 godz
Udział w wykładach 28 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 30 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 3 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Średnia ważona: 0,4*ocena z ćwiczeń laboratoryjnych + 0,6*ocena z egzaminu

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Zgodnie z Regulaminem Studiów AGH podstawowym terminem uzyskania zaliczenia jest ostatni dzień zajęć w danym semestrze. Termin zaliczenia poprawkowego (tryb i warunki ustala prowadzący moduł na zajęciach początkowych) nie może być późniejszy niż ostatni termin egzaminu w sesji poprawkowej (dla przedmiotów kończących się egzaminem) lub ostatni dzień trwania semestru (dla przedmiotów niekończących się egzaminem).

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. Z. Kędzierski, Termodynamika Stopów. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, AGH
Kraków 1999.
2. D.R. Gaskell, Introduction to the Thermodynamics of Materials. Taylor and Francis Group,
2003.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. T. Kozieł, Estimation of cooling rates in suction casting and copper-mould casting processes, Archives of Metallurgy and Materials, vol. 60 iss. 2A (2015), p. 767-771.
2. K. Wieczerzak, P. Bała, M. Stępień, G. Cios, T. Kozieł, The characterization of cast Fe-Cr-C alloy, Archives of Metallurgy and Materials, vol. 60 iss. 2A (2015), p. 779-782.
3. T. Kozieł, J. Latuch, S. Kąc, Structure of melt-spun Fe-Cu-Si-B-Nb alloy, Journal of Alloys and Compounds, vol. 586, (2014), p. S121-S125.
4. T. Koziel, J. Latuch, A. Zielinska-Lipiec: Structure of the amorphous-crystalline Fe66Cu6B19Si5Nb4 alloy obtained by the melt-spinning process, Archives of Metallurgy and Materials, vol. 58, 2013, pp. 601- 605.
5. A. Zielinska-Lipiec, T. Kozieł, A. Czyrska-Filemonowicz, VM12 steel for advanced power generation plants – metrology of the precipitates by electron microscopy, Solid State Phenomena, vol. 186, 2012, p. 283-286.
6. A. Zielińska-Lipiec, T. Kozieł, A. Czyrska-Filemonowicz: Quantitative characterisation of the microstructure high chromium steel with boron for advanced steam power plants, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, vol. 43, 2010, p. 200-204.

Informacje dodatkowe:

Brak