Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Inżynieria materiałowa w energetyce
Course of study:
2019/2020
Code:
SENR-1-410-s
Faculty of:
Energy and Fuels
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Energy Engineering
Semester:
4
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
prof. zw. dr hab. inż. Molenda Janina (molenda@agh.edu.pl)
Module summary

Wiedza w zakresie inżynierii materiałowej ukierunkowana na zastosowanie w energetyce.

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)
Social competence: is able to
M_K001 Potrafi pracować w zespole dla realizacji postawionego zadania ENR1A_K01, ENR1A_K03 Report,
Execution of laboratory classes
Skills: he can
M_U001 Student potrafi przewidywać właściwości materiałów na podstawie ich składu chemicznego, rodzaju wiązań chemicznych i struktury krystalicznej ENR1A_U08, ENR1A_U02 Activity during classes,
Examination,
Test,
Report,
Participation in a discussion,
Execution of exercises,
Execution of laboratory classes
M_U002 Student potrafi rozpoznać i ocenić stopień korozji (degradacji) materiałów wykorzystywanych w energetyce ENR1A_U08, ENR1A_U02 Activity during classes,
Test,
Oral answer,
Report,
Execution of laboratory classes,
Completion of laboratory classes
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Student ma podstawową wiedzę w zakresie inżynierii materiałowej ukierunkowanej na zastosowanie w energetyce ENR1A_W01 Activity during classes,
Examination,
Test,
Report,
Participation in a discussion,
Execution of exercises,
Execution of laboratory classes
M_W002 Student zna nowe kierunki rozwoju inżynierii materiałowej w energetyce ENR1A_W01 Activity during classes,
Examination,
Test,
Report,
Participation in a discussion,
Execution of exercises,
Execution of laboratory classes
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
75 30 15 30 0 0 0 0 0 0 0 0
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
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Social competence
M_K001 Potrafi pracować w zespole dla realizacji postawionego zadania - + + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi przewidywać właściwości materiałów na podstawie ich składu chemicznego, rodzaju wiązań chemicznych i struktury krystalicznej + + + - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi rozpoznać i ocenić stopień korozji (degradacji) materiałów wykorzystywanych w energetyce + - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student ma podstawową wiedzę w zakresie inżynierii materiałowej ukierunkowanej na zastosowanie w energetyce + + + - - - - - - - -
M_W002 Student zna nowe kierunki rozwoju inżynierii materiałowej w energetyce + + + - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 137 h
Module ECTS credits 5 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 75 h
Preparation for classes 30 h
Realization of independently performed tasks 30 h
Examination or Final test 2 h
Module content
Lectures (30h):

1. Struktura faz skondensowanych. Sieć krystaliczna, elementy krystalografii i krystalochemii.
2. Monokryształy, polikryształy, materiały wielofazowe, granice rozdziału, materiały amorficzne.
3. Natura wiązania chemicznego a struktura krystaliczna i właściwości fizykochemiczne ciał stałych.
4. Teoria pasmowa ciał stałych. Metale, półprzewodniki, izolatory.
5. Defekty struktury: punktowe, liniowe, płaskie.
6. Defekty punktowe termodynamicznie odwracalne w kryształach jonowych. Termodynamika defektów punktowych.
7. Związki wykazujące odstępstwo od składu stechiometrycznego, równowaga tlenku metalu z atmosferą gazową. Wykorzystanie metod chemii defektów w zabezpieczeniach metali i stopów przed korozją wysokotemperaturową.
8. Dyfuzja w stanie stałym, równania dyfuzji, dyfuzja własna, dyfuzja chemiczna.
9. Przemiany fazowe w stanie stałym, przemiany dyfuzyjne i bezdyfuzyjne.
10. Kinetyka reakcji w ciele stałym i procesy degradacji materiałów.
11. Wybrane zagadnienia fizykochemii powierzchni ciała stałego.
12. Wybrane zagadnienia katalizy.
13. Fizykochemia nanomateriałów.
14. Warunki pracy i mechanizmy zużycia materiałów – pękanie, pełzanie, zmęczenie, korozja, zużycie trybologiczne.
15. Kryteria doboru materiałów inżynierskich i kształtowania ich własności.
16. Tendencje rozwojowe inżynierii materiałowej.

Auditorium classes (15h):
  1. Wstęp

    • Materiały
    • Nauka o materiałach
    • Inżynieria materiałowa

  2. Wiązania chemiczne

    Opis najważniejszych cech wiązań jonowych, kowalencyjnych, metalicznych oraz molekularnych i ich konsekwencje dla właściwości materiałów. Opis matematyczny energii oddziaływań międzyatomowych. Energia kohezji kryształów jonowych.

  3. Struktura kryształów

    • Typy struktur krystalicznych metali
    • Pojęcie komórki elementarnej
    • Obliczanie stopnia wypełnienia przestrzeni kryształu oraz gęstości teoretycznej
    • Współrzędne punktu, prostej i płaszczyzny w krysztale

  4. Zdefektowanie kryształów

    • Rodzaje defektów kryształów
    • Równowagowa koncentracja defektów punktowych
    • Notacja Kroegera-Vinka
    • Defekty w związkach stechiometrycznych

  5. Właściwości elektryczne ciał stałych

    • Przewodnictwo elektryczne metali, półprzewodników, izolatorów
    • Model pasmowy ciała stałego
    • Rozkład statystyczny Fermiego-Diraca
    • Zależność przewodnictwa elektrycznego od temperatury
    • Półprzewodniki samoistne i domieszkowane

Laboratory classes (30h):

1. Zjawisko odstępstwa od stechiometrii w tlenkach metali przejściowych
2. Metale, półprzewodniki, izolatory
3. Zjawisko interkalacji litu do związków metali przejściowych
4. Dyfrakcyjne metody badania struktury ciał stałych
5. Diagram fazowy cyna-ołów
6. Reakcje w układach ciało stałe – gaz. Korozja ciał stałych
7. Efekty termoelektryczne w ciałach stałych
8. Nanomateriały

Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Auditorium classes: Podczas zajęć audytoryjnych studenci na tablicy rozwiązują zadane wcześniej problemy. Prowadzący na bieżąco dokonuje stosowanych wyjaśnień i moderuje dyskusję z grupą nad danym problemem.
  • Laboratory classes: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest uzyskanie ocen pozytywnych z ćwiczeń audytoryjnych oraz laboratoryjnych.

Oceny z egzaminu – “E”, ćwiczeń audytoryjnych – “C” i ćwiczeń laboratoryjnych – “L” obliczane są następująco: procent uzyskanych punktów przeliczany jest na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: No
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Auditorium classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci przystępując do ćwiczeń są zobowiązani do przygotowania się w zakresie wskazanym każdorazowo przez prowadzącego (np. w formie zestawów zadań). Ocena pracy studenta może bazować na wypowiedziach ustnych lub pisemnych w formie kolokwium, co zgodnie z regulaminem studiów AGH przekłada się na ocenę końcową z tej formy zajęć.
  • Laboratory classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa zostanie obliczona jako średnia ważona ocen z egzaminu, laboratorium i ćwiczeń audytoryjnych. Wagi: egzamin 0,5, laboratorium 0,3, ćwiczenia 0,2. Uzyskanie oceny w terminie poprawkowym będzie skutkowało każdorazowym obniżeniem oceny o 10%.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Jedna nieobecność na zajęciach obowiązkowych wymaga od studenta samodzielnego opanowania przerabianego wówczas materiału. Nieobecność na więcej niż jednych zajęciach wymaga od studenta samodzielnego opanowania przerabianego na tych zajęciach materiału i jego zaliczenia w formie i terminie wyznaczonym przez prowadzącego (najpóźniej w ostatnim tygodniu trwania zajęć). Student, który bez usprawiedliwienia opuścił więcej niż dwa obowiązkowe zajęcia i jego cząstkowe wyniki w nauce były negatywne może nie zaliczyć zajęć. Warunkiem przystąpienia do egzaminu jest wcześniejsze uzyskanie zaliczenia z zajęć obowiązkowych.

Brak zaliczonego tylko jednego ćwiczenia laboratoryjnego jest możliwy do odrobienia w dodatkowym terminie wyznaczonym pod koniec semestru. Niezaliczenie dwóch ćwiczeń laboratoryjnych jest równoznaczne z niezaliczeniem przedmiotu.

Prerequisites and additional requirements:

Znajomość podstaw fizyki i chemii.

Recommended literature and teaching resources:

1. Materials Science and Engineering. An Introduction. W.D. Callister, John Wiley & Sons 2007.
2. Solid State Chemistry and its Applications, A.R. West, John Wiley & Sons 2014.
3. Chemia Ciała Stałego, J. Dereń, J. Haber, R. Pampuch, PWN 1977.
4. Wstęp do fizyki ciała stałego, C. Kittel, PWN 1998.

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

1. J. Molenda, K. Świerczek, W. Zając, “Functional materials for the IT- SOFC”, Journal of Power Sources 173 (2007) 657
2. B. Gędziorowski, J. Toboła, A. Braun, J. Molenda, “Impact of crystal structure singularity on transport and electrochemical properties of Lix(LiyFezV1-y-z)O2-electrode material for lithium batteries”, Functional Materials Letters 9 (2016) 1641006-1-1641006-12
3. A. Klimkowicz, K. Świerczek, A.Takasaki, J. Molenda, B. Dabrowski, “Crystal structure and oxygen storage properties of BaLnMn2O5+δ (Ln: Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Er and Y) oxides”, Materials Research Bulletin 65 (2015) 116-122
4. D. Baster, K. Dybko, M. Szot, K. Świerczek, J. Molenda, “Sodium intercalation in NaxCoO2-y – correlation between crystal structure, oxygen nonstoichiometry and electrochemical properties”, Solid State Ionics 262 (2014) 206-210

Additional information:

Brak.