Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Fizyka metali
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
OIPO-2-101-OD-s
Wydział:
Odlewnictwa
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Odlewnictwo
Kierunek:
Inżynieria Procesów Odlewniczych
Semestr:
1
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr inż. Olejnik Ewa (eolejnik@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Moduł umożliwia zdobycie wiedzy i umiejętności w zakresie podstawowych właściwości fizycznych metali i stopów oraz zastosowanie tej wiedzy w analizie zagadnień dotyczących metalurgii.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Student potrafi scharakteryzować materiały o uporządkowaniu bliskiego i dalekiego zasięgu. Potrafi wymienić i szczegółowo opisać typy wiązań występujących w ciałach stałych. Potrafi wyjaśnić pojęcie ciepła właściwego, współczynnika rozszerzalności cieplnej. Potrafi opisać zasady przewodnictwa elektrycznego. Zna zjawisko magnetyzmu. Student potrafi wyjaśnić jakiego typu naprężenia występują w ciałach stałych. Zna pojęcie dyfuzji. IPO2A_W01 Kolokwium
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student potrafi wyznaczyć: opór, ciepło właściwe, współczynnik rozszerzalności cieplnej, przewodnictwo elektryczne, względną przenikalność magnetyczną. IPO2A_U03 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaliczenie laboratorium
M_U002 Student potrafi wyznaczyć naprężenia II stopnia oraz wielkość krystalitów metodą dyfrakcji rentgenowskiej. IPO2A_U03 Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaliczenie laboratorium
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Potrafi współpracować w grupie podczas realizacji zadań. Z dużą dbałością oraz zaangażowaniem wykonuje zadania oraz opracowuje ich wyniki. Potrafi prawidłowo wskazać poszczególne właściwości fizyczne i wskazać ich znaczenie w praktyce. Potrafi prawidłowo wskazać poszczególne właściwości fizyczne i wykorzystać ich znaczenie w praktyce. IPO2A_K01 Aktywność na zajęciach,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaangażowanie w pracę zespołu
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
25 10 0 15 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Student potrafi scharakteryzować materiały o uporządkowaniu bliskiego i dalekiego zasięgu. Potrafi wymienić i szczegółowo opisać typy wiązań występujących w ciałach stałych. Potrafi wyjaśnić pojęcie ciepła właściwego, współczynnika rozszerzalności cieplnej. Potrafi opisać zasady przewodnictwa elektrycznego. Zna zjawisko magnetyzmu. Student potrafi wyjaśnić jakiego typu naprężenia występują w ciałach stałych. Zna pojęcie dyfuzji. + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi wyznaczyć: opór, ciepło właściwe, współczynnik rozszerzalności cieplnej, przewodnictwo elektryczne, względną przenikalność magnetyczną. + - - - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi wyznaczyć naprężenia II stopnia oraz wielkość krystalitów metodą dyfrakcji rentgenowskiej. - - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Potrafi współpracować w grupie podczas realizacji zadań. Z dużą dbałością oraz zaangażowaniem wykonuje zadania oraz opracowuje ich wyniki. Potrafi prawidłowo wskazać poszczególne właściwości fizyczne i wskazać ich znaczenie w praktyce. Potrafi prawidłowo wskazać poszczególne właściwości fizyczne i wykorzystać ich znaczenie w praktyce. - - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 31 godz
Punkty ECTS za moduł 1 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 25 godz
Przygotowanie do zajęć 2 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 0 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 2 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (10h):
  1. Klasyfikacja ciał stałych

    Ciała krystaliczne oraz amorficzne. Podstawowe cechy.
    Przykłady ciał krystalicznych oraz amrficznych wykorzystywanych w inżynierii materiałowej. Obraz dyfrakcyjny materiału krystalicznego i amorficznego. Pojecie uporządkowania bliskiego i dalekiego zasięgu.

  2. Rodzaje wiązań w ciałach stałych

    Podstawowe cechy wiązania jonowego. Charakterystyka wiązań kowalencyjnych, metalicznych, van der Waalsa, wodorowe oraz przykłady struktur na nich opartych. Energia wiązań.

  3. Ciepło właściwe i rozszerzalność cieplna ciał stałych

    Ciepło właściwe sieci krystalicznej. Drgania sieci krystalicznej. Teoria Debye’a ciepła molowego. Rozszerzalność cieplna ciał stałych.

  4. Właściwości elektryczne i magnetyczne ciał stałych

    Elektrony swobodne w metalach. Poziom Fermiego. Przewodność elektryczna metalu. Przykłady przewodników, półprzewodników i nadprzewodników wykorzystwywaych w inżynierii materiałowej.
    Właściwości magnetyczne metali i stopów.

  5. Kryształy rzeczywiste i defekty sieci

    Defekty punktowe, defekty liniowe, wektor Burgersa i przestrzenne. Teoria Orowana.

  6. Naprężenia makroskopowe, submikroskopowe oraz mikroskopowe

    Podział oraz metody wyznaczania naprężeń w metalach i stopach.
    Właściwości sprężyste metali w pewnym zakresie odkształceń, moduł Younga.

  7. Zjawiska transportu w ciałach stałych

    Dyfuzja w ciałach stałych. Podstawowe prawa dyfuzji.

Ćwiczenia laboratoryjne (15h):
  1. 1. Badanie wielkości krystalitów oraz naprężeń mikroskopowych w metalach i stopach

    Celem ćwiczenia jest określenie wielkości ziaren metodą Scherrera-Bragga oraz odróżnienie ich od następstw naprężeń II rodzaju występujących w stopach. Podczas ćwiczeń laboratoryjnych studenci wykonają dyfrakcję rentgenowską dwóch materiałów różniących się pomiędzy sobą zarówno wielkością krystalitów, jak i stanem naprężeń II rodzaju. Następnie z wykorzystaniem empirycznych równań obliczą wielkość krystalitów i stan naprężeń II rodzaju. W oparciu o otrzymane zależności ocenią, czy badany przez nich przypadek dotyczy występowania różnicy wielkości krystalitów w obu badanych materiałach, czy też różnice te wynikają z wartości naprężeń II rodzaju badanych materiałów. Wyciągną wnioski, czy możliwe jest wystąpienie obu efektów jednocześnie i jak je odróżnić.

  2. 2. Badanie ciepła właściwego metali i stopów

    Celem laboratorium jest zdobycie umiejętności i wiedzy w zakresie wyznaczenia
    ciepła właściwego dla metali z zastosowaniem zasady bilansu cieplnego. Studenci w zespołach dokonają pomiaru ciepła właściwego wybranych materiałów inżynierskich. Następnie w oparciu o otrzymane wyniki wskażą, który z materiałów posiada największą pojemność cieplną, a który najmniejszą. Wywnioskują w jakim obszarze inżynierii znajdują zastosowanie materiały z dużą i małą pojemnością cieplną.

  3. 4. Badanie oporu właściwego wybranych metali i stopów

    Celem laboratorium jest zdobycie umiejętności w zakresie wyznaczania oporu właściwego wybranych materiałów inżynierskich, takich jak: metale i ich stopy, niemetale oraz ceramika. Następnie studenci po obliczeniu współczynnika oporu właściwego zakwalifikują zbadane materiały do odpowiedniej grupy: przewodnik lub izolator.

  4. 3. Badanie współczynnika rozszerzalności cieplnej

    Celem laboratorium jest zdobycie umiejętności i wiedzy w zakresie wyznaczenia
    współczynnika rozszerzalności cieplnej dla wybranych materiałów inżynierskich tj. metali: Mo, Zr, Cu, Al, stopów: mosiądz i stal Cr18Ni8 oraz ceramik: szkło oraz Al2O3. Studenci w zespołach wyznaczą współczynniki rozszerzalności cieplnej wybranych materiałów inżynierskich, a następnie sformułują ogólną zasadę związaną z zależnością współczynnika rozszerzalności cieplnej i modułu Younga.

  5. 5. Pomiar indukcyjności magnetycznej wybranych materiałów inżynierskich

    Celem laboratorium jest zdobycie umiejętności i wiedzy w zakresie wyznaczania indukcyjności magnetycznej dla wybranych metali i stopów. Studenci w zespołach wyznaczą indukcyjność magnetyczną wybranych metali i stopów oraz obliczają względność przenikalność magnetyczną dokonując klasyfikacji badanych materiałów na ferromagnetyki i paramagnetyki i diamagnetyki.

  6. 6. Wyznaczanie modułu sztywności poprzecznej G metodą wahadła torsyjnego dla wybranych metali i stopów

    Celem laboratorium jest zdobycie umiejętności w zakresie wyznaczania
    modułu sztywności poprzecznej G dla wybranych metali i stopów z wykorzystaniem wahadła torsyjnego. Studenci w zespołach wyznaczą parametry konieczne do obliczenia modułu, a następnie w oparciu o otrzymane wyniki obliczą go.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: 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:

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
Sposób obliczania oceny końcowej:

1. Ocena końcowa z przedmiotu Fizyka Metali jest obliczana na podstawie średniej ważonej ocen z laboratoriów oraz wykładów z wagą:
wykład – 30 %
ćwiczenia laboratoryjne – 70 %.
2. Ocena z ćwiczeń laboratoryjnych zostanie obliczona na podstawie średniej ważonej wyników: kolokwiów, sprawozdań oraz aktywności podczas zajęć.
Waga ocen:
kolokwium – 70 %
sprawozdanie – 30 %

3. Ocena z wykładu zostanie obliczona na podstawie kolokwium zaliczeniowego.
4. Przewiduje się 2 terminy zaliczeń poprawkowych odpowiednio dla wykładu i ćwiczeń laboratoryjnych.
5. Ocena z zaliczeń poprawkowych będzie obliczona, jako średnia arytmetyczna.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości studenta.
W przypadku nieobecności studenta wynikłej z choroby (zwolnienie lekarskie) lub innej przyczyny losowej (dokument to potwierdzający lub ustne uzasadnianie), student jest zobowiązany nadrobić powstałe zaległości. W przypadku ćwiczeń laboratoryjnych przewiduje się 2 terminy zajęć podczas, których będzie możliwość odrabiania ćwiczeń. W przypadku wykładów prowadzący przekaże studentowi materiały lub poda literaturę obejmującą obszar merytoryczny zaległości. W przypadku trudności z opanowaniem materiału student może konsultować się z prowadzącym w celu przyswojenia wiedzy.

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

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

1.Ogólna wiedza w zakresie inżynierii materiałowej, fizyki oraz krystalografii.
2. Wiedza z wykładów.
3. Wiedza zawarta w konspektach do ćwiczeń laboratoryjnych.
4. Wiedza w zakresie tematyki zawartej w zagadnieniach wstępnych ujętych do poszczególnych ćwiczeń laboratoryjnych (Dostęp przez: http://www.kisiko.agh.edu.pl/fiz_metali.html).

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. Materiały z wykładów.
2. Konspekty do ćwiczeń laboratoryjnych. (Dostęp przez: http://www.kisiko.agh.edu.pl/fiz_metali.html)
3. Z. Bojarski, M. Gigla, K. Stróż, M. Surowiec, Krystalografia, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2008.
4. R. W. Kelsall, W. Hamley, M. Geoghegan, Nanomateriały, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2008.
5. M. Ashby, H. Shercliff, D. Cebon, Inżynieria Materiałowa, Tom 1, Wydawnictwo Galaktyka, Łódź 2011.
6. Z. Trzaska-Durski, H. Trzaska-Durska, Podstawy krystalografii strukturalnej i rentgenowskiej, PWN, Warszawa, 1994.
7. T. Penkala, Zarys krystalografii, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1972.
8. J. Chojnacki, Elementy krystalografii chemicznej i fizycznej, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1971.
9. J. Chojnacki, Metalografia strukturalna, Wydawnictwo “Śląsk”, Katowice 1966.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. P. Czaja, R. Chulist, M. J. Szczerba, J. Przewoźnik, E. Olejnik, A. Chrobak, W. Maziarz, E. Cesari, Magnetostructural transition and magnetocaloric effect in highly textured Ni-Mn-Sn alloy, Journal of Applied Physics, 119 (16) (2016) 165102-1–165102-6.

Informacje dodatkowe:

Student ma możliwość skorzystania z konsultacji, które odbywają się:
poniedziałek: godz. od 13.00 do 14.00,
czwartek: godz. od 09.30 do 10.30, sala 725, dzwonić do drzwi korytarzowych 726.
Równocześnie w przypadku pytań lub jakichkolwiek wątpliwości możliwy jest kontakt z prowadzącym drogą elektroniczną email: eolejnik@agh.edu.pl lub telefonicznie pod nr tel. 12 617 27 79.

Osoby chcące dodatkowo, poza zakresem objętym w module, pogłębić swoją wiedzę z przedmiotu Fizyka Metali zapraszam do włączenie się w realizacje prac badawczych w zakresie badania właściwości fizycznych materiałów kompozytowych na osnowie metalowej.