Werkstoffe für die Elektrotechnik

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2 G. Fasching, H. Hauser, W. Smetana Werkstoffe für die Elektrotechnik Aufgabensammlung Zweite, verbesserte Auflage Springer-Verlag Wien GmbH

3 o. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techno habil. Gerhard Fasching Univ.-Doz. Dipl.-Ing. Dr. techno Hans Hauser Dipl.-Ing. Dr. techno Walter Smetana Institut für Werkstoffe der Elektrotechnik, Technische Universität Wien, Österreich Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdruckes, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wiedergabe auf photomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten und 1995 Springer-Verlag Wien Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Wien New York 1995 Satz: Reproduktionsfertige Vorlage der Autoren Gedruckt auf säurefreiem, chlorfrei gebleichtem Papier - TCF Mit 18 Abbildungen Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Fasching, Gerhard: Werkstoffe für die Elektrotechnik: Mikrophysik, Struktur, G. Fasching. - Wien; New York: Springer. Aufgabensammlung. G. Fasching; H. Hauser; W. Smetana.- 2., verb. Auf! ISBN ISBN (ebook) DOI / ISBN

4 Vorwort Die Werkstoffwissenschaft setzt sich zum Ziel, die für die Praxis wichtigen, makroskopisch in Erscheinung tretenden Materialeigenschaften aus dem Aufbau der Materie abzuleiten oder zumindest verständlich zu machen. Die vorliegende Aufgabensammlung soll dazu anregen, diesen Themenkreis aktiv durchzuarbeiten und ihn auf diese Weise zu vertiefen und zu ergänzen. Es sind hier Beispiele zusammengestellt, die im Rahmen der Lehrveranstaltung Grundlagen der Werkstoffwissenschaft an der Technischen Universität Wien für Hörer der elektrotechnischen Studienrichtungen behandelt wurden. Die Themenauswahl überstreicht die einfachsten Grundbegriffe der Mikrophysik und den Aufbau der Stoffe, beleuchtet metallische, nichtmetallische und organische Werkstoffe und wendet sich den mechanischen, thermischen, elektrischen und magnetischen Werkstoffeigenschaften zu. Die Themenschwerpunkte orientieren sich dabei an der Praxis der Elektrotechnik. Die vorliegende Aufgabensammlung baut stoffmäßig auf dem Buch Werkstoffe tür die Elektrotechnik von G. FASCHING auf; nach dem Durcharbeiten dieses Lehrstoffes sollten die Beispiele im Alleingang lösbar sein. Um bei der Lösung der Aufgaben aber noch eine weitere Hilfestellung zu geben, sind - abgesehen von den jeweiligen Kapiteln - nach dem Angabentext die einschlägigen Themen und Gleichungsnummern des genannten Lehrbuches angegeben, die man allenfalls zu Rate ziehen wird. Bei einigen Beispielen sind darüber hinaus auch Lösungshinweise angeführt. Manchmal gibt es auch mehrere Lösungswege; sie bieten eine willkommene Möglichkeit einer weiteren Kontrolle des Ergebnisses. Zur Lösung einer Aufgabe gehört es auch immer, sich über die allfälligen Voraussetzungen und Vernachlässigungen ins klare zu kommen und zu prüfen, ob man sie zu Recht eingeführt hat. Von besonderer Wichtigkeit ist es auch, das Ergebnis der Aufgabe zu interpretieren und es sich im Zusammenhang mit anderen, bekannten Sachverhalten zu veranschaulichen. Bei der Entstehung und Durcharbeitung dieser Aufgabensammlung haben seit Jahren auch mehrere Mitarbeiter des Institutes beigetragen; ihnen gebührt unser Dank. Auch manche altbekannte Beispiele haben in unsere Sammlung Eingang gefunden. Ebenso hat eine große Zahl Studierender durch wertvolle Anregungen einen Beitrag geleistet. Herr Kremser hat in dankenswerter Weise noch einmal alle Beispiele sorgfältig durchgesehen und überprüft. Weiters ist es uns ein Anliegen, Frau Gertrude Nowotny und Herrn Thomas Zottl für das Setzen des Textes zu danken. Wien, im Jänner 1995 G. FASCHING H. HAUSER W. SMETANA

5 Inhaltsverzeichnis 1. Grundlagen der Quantenmechanik 2. Atomkern und Atomhülle 3. Bindungskräfte 4. Gase und Flüssigkeiten 5. Kristalle Metallische Werkstoffe 7. Nichtmetallisch anorganische Werkstoffe, Keramik 8. Organische Werkstoffe, Kunststoffe. 9. Mechanische Werkstoffeigenschaften Thermische Werkstoffeigenschaften Elektrische Eigenschaften der Halbleiter 12. Elektrische Eigenschaften der Metalle 13. Elektrische Eigenschaften der Isolatoren 14. Magnetische Werkstoffeigenschaften Literatur