Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Termodynamika stopów
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
OKWP-2-102-WP-s
Wydział:
Odlewnictwa
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Wirtualizacja Procesów Odlewniczych
Kierunek:
Komputerowe wspomaganie procesów inżynierskich
Semestr:
1
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr hab, prof. AGH Grabowska Beata (beata.grabowska@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Student zdobywa podst. wiedzę w obszarze termodynamiki stopów. Nabyte umiejętności będą przydatne podczas rozwiązywania problemów materiałowych w odniesieniu do zadanych warunków termodynamicznych.

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 Poznanie praw termodynamiki procesów nieodwracalnych w tym stabilności marginalnej dla opisu formowania się struktury w odlewie w warunkach ustalonych przy zadanym gradiencie temperatury i prędkości krystalizacji. Poznanie zależności między formowaniem się struktury odlewu a stabilnością frontu krystalizacji. KWP2A_U01 Egzamin
M_W002 Student zdobędzie wiedzę z zakresu krystalizacji odlewu w ujęciu termodynamiki równowagowej. KWP2A_W02, KWP2A_W01 Egzamin
M_W003 Termodynamika powstawania faz międzymetalicznych w warunkach metastabilnych w trakcie formowania złącz dyfuzyjnych. KWP2A_W02, KWP2A_W01 Egzamin
Umiejętności: potrafi
M_U001 Rozumienie procesów zachodzących w odchyleniu od równowagi termodynamicznej w powiązaniu z kształtowaniem się mikrosegregacji i redystrybucji. KWP2A_U08, KWP2A_U01 Egzamin
M_U002 Analiza struktury odlewu w odniesieniu do krystalizacji wymuszonej i swobodnej w na podstawie symulacji numerycznej pola gradientu temperatury. KWP2A_U01 Egzamin
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
30 15 0 0 0 0 15 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 Poznanie praw termodynamiki procesów nieodwracalnych w tym stabilności marginalnej dla opisu formowania się struktury w odlewie w warunkach ustalonych przy zadanym gradiencie temperatury i prędkości krystalizacji. Poznanie zależności między formowaniem się struktury odlewu a stabilnością frontu krystalizacji. + - - - - + - - - - -
M_W002 Student zdobędzie wiedzę z zakresu krystalizacji odlewu w ujęciu termodynamiki równowagowej. + - - - - + - - - - -
M_W003 Termodynamika powstawania faz międzymetalicznych w warunkach metastabilnych w trakcie formowania złącz dyfuzyjnych. + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Rozumienie procesów zachodzących w odchyleniu od równowagi termodynamicznej w powiązaniu z kształtowaniem się mikrosegregacji i redystrybucji. + - - - - + - - - - -
M_U002 Analiza struktury odlewu w odniesieniu do krystalizacji wymuszonej i swobodnej w na podstawie symulacji numerycznej pola gradientu temperatury. + - - - - + - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 85 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 30 godz
Przygotowanie do zajęć 28 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 25 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (15h):

Zagadnienia poruszane na wykładach:
1. Podstawy pojęcia i zależności termodynamiczne z uwzględnieniem stanu stałego. Podstawowe pojęcia termodynamiczne: układ, równowaga, składnik, faza. Podstawowe funkcje termodynamiczne i ich zależności. Zasady termodynamiki.
2. Entropia zmieszania.
Statystyczny sens entropii. Równanie Boltzmana. Funkcje mieszania. Sposoby obliczania funkcji zmieszania. Entropia zmieszania roztworów substytucyjnych. Entropia zmieszania roztworów międzywęzłowych. Zależność entropii zmieszania od stężenia. Entropia a równowagowa koncentracja wakancji w krysztale. Entropia zmieszania a segregacji równowagowa.
3. Równowaga w układach jednoskładnikowych.
Zmiana energii swobodnej z temperaturą. Warunek równowagi w układach jednoskładnikowych. Krzywe energii swobodnej dla odmian alotropowych żelaza α i γ. Wpływ ciśnienia na temperaturę równowagi fazowej. Równanie Clausiusa-Clapeyrona. Równowagowa prężność par na kryształem/cieczą. Wykresy fazowe dla układów jednoskładnikowych.
4. Równowaga w układach wieloskładnikowych.
Cząstkowe molowe funkcje termodynamiczne. Cząstkowa molowa energia swobodna (potencjał chemiczny). Równanie Gibbsa-Duhema. Potencjał chemiczny a aktywność. Reguła faz Gibbsa. Stała równowagi. Iloczyn i izotermy rozpuszczalności. Zmiana rozpuszczalności granicznej z temperaturą. Energia swobodna mieszaniny faz. Warunek równowagi w układach wieloskładnikowych. Graficzne przedstawienie warunków równowagi w układzie dwuskładnikowych.
5. Termodynamika roztworów stałych.
Istota roztworów stałych. Rodzaje roztworów. Quasi-chemiczna teoria roztworów. Zależność energii swobodnej roztworów dwuskładnikowych od stężenia. Roztwory uporządkowane.
6. Termodynamika procesu dyfuzji.
Proces dyfuzji. Strumień atomów (prawa Ficka, drogi dyfuzji, mechanizm dyfuzji objętościowej). Termodynamika procesów nieodwracalnych.
7. Termodynamika powierzchni międzyfazowych.
Energia swobodna powierzchniowa. Natura energii swobodnej powierzchniowej. Powierzchnie międzyfazowe gładkie i rozmyte. Zależność energii swobodnej powierzchniowej od temperatury. Zależność energii swobodnej powierzchniowej od stężenia. Równanie Gibbsa-Thomsona. Fluktuacje stężenia w procesie zarodkowania nowej fazy.
8. Wykresy równowagi fazowej stopów podwójnych.

Zajęcia seminaryjne (15h):

Tematyka zajęć seminaryjnych:
1. Obliczanie wielkości termodynamicznych.
2. Obliczanie wpływu zmiany temperatury/ciśnienia na równowagę w układzie jednoskładnikowym. Wpływ wzrostu ciśnienia na zakres stabilności fazy/faz.
3. Obliczanie funkcji termodynamicznych dla roztworów stałych w oparciu o termodynamikę statystyczną.
4. Analiza termodynamiczna diagramów fazowych w oparciu o równanie Clausiusa-Clapeyrona.

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.
  • Zajęcia seminaryjne: Na zajęciach seminaryjnych podstawą jest prezentacja multimedialna oraz ustna prowadzona przez studentów. Kolejnym ważnym elementem kształcenia są odpowiedzi na powstałe pytania, a także dyskusja studentów nad prezentowanymi treściami.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Ćwiczenia audytoryjne
- obowiązkowa obecność,
- kolokwium z danego ćwiczenia audytoryjnego odbywa się po przeprowadzonych zajęciach,
- pozytywne oceny z kolokwiów tematycznie związanych z danym ćwiczeniem, średnia arytmetyczna,
- zgodnie z harmonogramem kolokwium poprawkowe odbywa się na końcu semestru,
- do egzaminu będą dopuszczone osoby mające oceny pozytywne ze wszystkich kolokwiów.

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.
  • Zajęcia seminaryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci prezentują na forum grupy temat wskazany przez prowadzącego oraz uczestniczą w dyskusji nad tym tematem. Ocenie podlega zarówno wartość merytoryczna prezentacji, jak i tzw. kompetencje miękkie.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Na ocenę końcową składają się oceny cząstkowe z ćwiczeń seminaryjnych (pozytywne oceny z czterech kolokwiów tematycznie związanych z danym ćwiczeniem, średnia arytmetyczna) + ocena z egzaminu.

Sposób obliczania: ocena Końcowa = 0,5 x średnia ocena z ćwiczeń seminaryjnych + 0,5 x średnia ocena z kolokwium z wykładów.

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

Zajęcia seminaryjne
- w sytuacji losowej (np. choroba) należy uzasadnić u prowadzącego swą nieobecność i odrobić zajęcia we wskazanym przez prowadzącego terminie (np. z inną grupą),
- zaległości należy regulować na bieżąco w uzgodnieniu z prowadzącym.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

1. Wymagana aktywność na wykładach.
2. Wymagana jest obecność na wszystkich ćwiczeniach seminaryjnych.
3. Po zajęciach seminaryjnych odbywają się kolokwia pisemne z tematyki danego ćwiczenia.
4. Należy uzyskać oceny pozytywne ze wszystkich kolokwiów z ćwiczeń seminaryjnych.
5. W przypadku uzyskania negatywnej oceny z danego kolokwium można ocenę poprawić na kolokwium poprawkowym w ustalonym terminie (zgodnie z harmonogramem kolokwium poprawkowe odbywa się na końcu semestru).
6. W sytuacji losowej (np. choroba) należy uzasadnić u prowadzącego swą nieobecność i odrobić zajęcia we wskazanym przez prowadzącego terminie (np. z inną grupą).
7. Zaległości należy regulować na bieżąco.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. Z. Kędzierski, Termodynamika Stopów. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, AGH Kraków 1999.
2. S. K. Bose, S. Roy: Principles of Metallurgical Thermodynamics, Universites Press 2014.
3. Materiały dydaktyczne i instrukcje do ćwiczeń – dostępne u prowadzącego i zamieszczone na stronie: http://home.agh.edu.pl/~graboska/

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Publikacje dostępne na stronie:
https://www.bpp.agh.edu.pl/autor/grabowska-beata-04156

Informacje dodatkowe:

1. Zajęcia będą prowadzone zgodnie z ustalonym i podanym do wiadomości studentów harmonogramem.
2. Godziny konsultacji zostaną podane do wiadomości studentów.
3. Materiały do ćwiczeń laboratoryjnych są wskazane i udostępniane przez prowadzących – w przypadku niejasności należy zwrócić się do prowadzącego.
4. Obowiązujące przepisy BHP oraz warunki zaliczenia zostaną podane do wiadomości studentów na zajęciach organizacyjnych.
5. Materiały informacyjne (harmonogram zajęć, termin konsultacji, warunki zaliczenia) zostaną zamieszczone na stronie: http://home.agh.edu.pl/~graboska/