Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Termodynamika stopów
Course of study:
2017/2018
Code:
MIM-2-103-IS-s
Faculty of:
Metals Engineering and Industrial Computer Science
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Joining Engineering
Field of study:
Materials Science
Semester:
1
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr inż. Kozieł Tomasz (tkoziel@agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr inż. Kozieł Tomasz (tkoziel@agh.edu.pl)
dr inż. Ziewiec Aneta (aziewiec@agh.edu.pl)
Module summary

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
There are no results to display
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
There are no results to display
Module content
Lectures:
  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, segregacja równowagowa.

    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.

    Wpływ zmiany temperatury i ciśnienia/objętości na zmianę energii swobodnej Gibbsa/Helmholtza. Warunek równowagi w układach jednoskładnikowych. 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. Zależność energii swobodnej powierzchniowej od temperatury i stężenia. Równanie Gibbsa-Thomsona. Przykłady procesów, w których zmiana energii swobodnej powierzchniowej jest dominującą siłą pędną.

  11. 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.

  12. 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.

  13. Termodynamika procesu dyfuzji.

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

  14. Wykorzystanie wykresów równowagi do interpretacji stanów metastabilnych.

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

Auditorium classes:
  1. Podstawowe funkcje termodynamiczne.

    Energia wewnętrzna, entalpia, entropia. Zależność E=f(T) przy V=const. H=f(T) przy p=const. Obliczanie zmiany entalpii układu w trakcie nagrzewania 1 mola substancji w zakresie temperatur.

  2. I i II zasada termodynamiki.

    Obliczanie zmian entropii układu. Obliczanie zmiany energii wewnętrznej z I zasady termodynamiki w układach jednoskładnikowych (Fe, Al, H2O). Zależność pomiędzy entalpią a energią wewnętrzną. Obliczanie zmian entropii układu.

  3. Energia swobodna.

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

  4. Entropia zmieszania, równowagowa koncentracja wakancji.

    Obliczanie zmian entropii zmieszania w funkcji stężenia w układzie podwójnym. Obliczanie równowagowej koncentracji wakancji, energii aktywacji utworzenia wakancji oraz liczby wakancji w określonej objętości materiału.

  5. Równowaga w układach jednoskładnikowych.

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

  6. Równanie Clausiusa-Clapeyrona.

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

  7. Układy wieloskładnikowe.

    Cząstkowa molowa energia swobodna. Warunek równowagi w układach wieloskładnikowych. Obliczanie liczby stopni swobody w układach jedno- i wieloskładnikowych.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 85 h
Module ECTS credits 3 ECTS
Participation in lectures 28 h
Participation in auditorium classes 14 h
Preparation for classes 15 h
Realization of independently performed tasks 20 h
Contact hours 6 h
Examination or Final test 2 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

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

Prerequisites and additional requirements:

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).

Recommended literature and teaching resources:

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.

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

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.

Additional information:

None