Werkstoffe Hausübung Nr. 1 WS 2014/15 Prof. Dr.-Ing. Prochotta Abgabedatum: Name... Vorname... Mat.Nr...

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1 Werkstoffe Hausübung Nr. 1 WS 2014/15 Prof. Dr.-Ing. Prochotta Abgabedatum: ) Gegeben ist das Element Cr. a) Wie heißt das Element? (1P) b) Welche Ordnungszahl besitzt es? (1P) c) Wie viele Neutronen besitzt es? (1P) d) Wie viele Nukleonen besitzt es? (1P) e) Wie viele Schalen besitzt seine Elektronenhülle? (1P) f) Welche Dichte in 3 g / cm besitzt es? (1P) g) Geben Sie die Atommasse des Elementes an. (1P) h) Bei dem Element handelt es sich um ein Erdalkalimetall. ja nein (0,5P) i) Unter Normalbedingungen ist es fest. ja nein (0,5P) 2) Welche Bindungsart besitzt NaCl? (1P) Welche Bindungsart besitzt ein Si Einkristall? (1P)

2 Werkstoffe Hausübung Nr. 2 WS 2014/15 Prof. Dr.-Ing. Prochotta Abgabedatum: ) Quecksiber kommt in der Natur als Gemisch aus 7 Isotopen mit folgender Zusammensetzung vor: 196 Hg : 0,15 % ; 198 Hg : 9,97 % ; 199 Hg : 16,87 % ; 200 Hg : 23,10 % ; 201 Hg : 13,18 % 202 Hg : 29,86 % ; 204 Hg : 6,87 %. Bestimmen Sie daraus die mittlere relative Atommasse. (Ohne Berücksichtigung der Bindungsenergie). (4P) 2) Eine Haushaltsfolie aus Aluminiumfolie hat eine Dicke von 0,01 mm. Wie viele Al Atome sind in einem DIN A4 Blatt aus dieser Folie enthalten? (6P)

3 Werkstoffe Hausübung Nr. 3 WS 2014/15 Prof. Dr.-Ing. Prochotta Abgabedatum: ) Berechnen Sie den Füllfaktor des krz Gitters. (4P) 2) Wie muss sich die Elektronenkonfiguration folgender Elemente ändern, damit die Edelgaskonfiguration erreicht wird? Br Ba (1P) (1P) 3) Bestimmen Sie die molaren Massen von H 2 O (Wasser) (1P) Al O 2 3 (Aluminiumoxid) (1P) H SO 2 4 (Schwefelsäure) (1P) SF 6 (Schwefelhexafluorid) (1P)

4 Werkstoffe Hausübung Nr.4 WS 2014/15 Prof. Dr.-Ing. Prochotta Abgabedatum: ) Bestimmen Sie die Millerschen Indizes der Richtung, die von dem Punkt 3, 1,1/ 2 zu dem Punkt 1, 2, 2 zeigt. (4P) 2) Zeichnen Sie die oben ermittelte Richtung und eine dazu äquivalente Richtung in die Elementarzelle ein. Anfangs und Endpunkt sollen dabei auf der Oberfläche der EZ liegen. (4P) 3) Wie viele nächste Nachbarn besitzt jedes Atom im krz Gitter? (1P) Wie viele nächste Nachbarn besitzt jedes Atom im hdp Gitter? (1P)

5 Werkstoffe Hausübung Nr.5 WS 2014/15 Prof. Dr.-Ing. Prochotta Deadline: Uhr 1) Zeichnen Sie die Ebene, die durch die Punkte, 0,0, 0 ; 0, 2, 1 und 1,0, 1 bestimmt ist und bestimmen Sie die zugehörigen Millerschen Indizes. (1P + 4P) 2) Zeichnen Sie eine ( 0 1) 0 und eine ( 2 0) 0 in die Elementarzelle ein. (2P) 3) Geben die Millerschen Indizes der Richtungen an, die auf den Ebenen der Aufgaben 1) und 2) senkrecht stehen. (3P)

6 Werkstoffe Hausübung Nr.6 WS 2014/15 Prof. Dr.-Ing. Prochotta Deadline: Uhr 1) Bei einer Röntgenbeugungsanalyse mit Röntgenstrahlen der Wellenlänge λ = 71,07 pm wurde der ( 3 1 0) Reflex unter einem Winkel 2 Θ = 46 11' 24 '' beobachtet. Wie groß ist der zugehörige Netzebenabstand und die Gitterkonstante? (4P) 2) Unter welchem Winkel Θ 2 11 Reflex beobachtet? Geben Sie den Winkel in Grad, Bogenminuten und Bogensekunden an. (4P) 2 wird in obiger Untersuchung der ( ) 3) Warum wird in kfz und krz Strukturen der ( 0 0) 1 Reflex nicht beobachtet? (2P)

7 Werkstoffe Hausübung Nr.7 WS 2014/15 Prof. Dr.-Ing. Prochotta Deadline: Uhr 1) Eine Kupferprobe hat eine Versetzungsdichte von cm. Wie viele km Versetzungslinie sind in einem Volumen von 3 2 mm enthalten? (3P) 2) Eine zylindrische Stahlprobe mit einem Durchmesser D = 10, 0mm wird mit einer Zugkraft F = 5, 0 kn in [ 0 0 1] Richtung belastet. a) Wie groß ist die Zugspannung σ? b) Wie groß ist die resultierende Schubspannung τ r auf eine ( 1 2 3) Ebene in [ 0 11] Richtung? (2P + 3P) 3) Nennen Sie zwei Gründe warum die Zwischengitterdiffusion schneller ist als die Leerstellendiffusion. (2P)

8 Werkstoffe Hausübung Nr.8 WS 2014/15 Prof. Dr.-Ing. Prochotta Deadline: Uhr 1) Dimensionieren Sie den Durchmesser eines Kupferkabels nach folgenden Vorgaben: Gesamtlänge des Leiters (Hin- und Rückleitung) 1500m. Stromstärke I = 50 A. Maximale zulässige Verlustleistung auf dem Kabel P V = 100W. (4P) 2) Ein Metallfilmwiderstand mit R 20 = 470Ω und TK50 wird bei einer Betriebstemperatur T = 360 K betrieben. Wie groß ist der Betriebswiderstand? (4P) 3) Erklären Sie, warum bei einem Metall der spezifische Widerstand mit zunehmender Temperatur steigt, bei einem reinen Halbleiter jedoch sinkt. (In der Nähe von Zimmertemperatur) (2P)

9 Werkstoffe Hausübung Nr.9 WS 2014/15 Prof. Dr.-Ing. Prochotta Deadline: Uhr 1) Bei einem Dotierungsvorhaben soll p- leitendes Si mit einer spezifischen Leitfähigkeit 1 1 von κ = 100Ω cm hergestellt werden. a) Nennen Sie zwei Elemente, die zum dotieren verwendet werden können. (1P) b) Handelt es sich dabei um Akzeptoren oder Donatoren? (1P) c) Wie groß ist die erforderliche Ladungsträgerdichte? (3P) d) Wie viele Joule hat 1 ev? (2P) (Die Eigenleitfähigkeit soll vernachlässigt werden.) 2 2 µ = 3900cm Vs, µ = 1900cm Vs, E g = 0, 67eV, a0 = 0, 2715 nm e / l / 2) Zeichnen Sie die Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstandes eines p-dotierten Halbleiters. (3P)

10 Werkstoffe Hausübung Nr.10 WS 2014/15 Prof. Dr.-Ing. Prochotta Deadline: Uhr 1) Ein Student baut sich einen Kondensator selber, in dem er ein DIN A5 Blatt aus Wachspapier mit Leitsilber anstreicht. a) Welche Kapazität hat der Kondensator? (3P) ε r ( Wachspapier ) = 2, 3 ; Dicke des Wachpapiers = 0, 2mm b) Welche Ladung wird gespeichert, wenn man diesen Kondensator an eine 12V Batterie anschließt? (1P) c) Welche maximale Spannung kann an den Kondensator angelegt werden, wenn die 6 Durchschlagsfestigkeit 1 10 V / m beträgt? (2P) 2) Durch eine lange, dünne Luftspule der Länge, L = 5cm, dem Durchmesser d = 2 mm und mit n = 500 Windungen fließt ein Strom I = 0, 5 A. Wie groß ist der magnetische Fluss im inneren der Spule? (4P)

11 Werkstoffe WS 2014/15 Prof. Dr.-Ing. Prochotta Nicht Punktewirksam 1) Ein weichmagnetischer Werkstoff besitzt die unten abgebildete Hysteresekurve. a) Wie groß ist die relative Anfangspermeabilität? b) Wie groß ist die maximale relative Permeabilität? c) Wie groß ist die Remanenz? d) Wie groß ist die Koerzitivfeldstärke? e) Welche Steigung hat die Kurve für sehr großes H? f) Welche magnetischen Eigenschaften sollte ein Trafoblech haben? 1 cm = ˆ 200 mt 1 cm = ˆ 100 A / m

12 Werkstoffe Hausübung Nr.12 WS 2014/15 Prof. Dr.-Ing. Prochotta Deadline: Uhr 1) Gegeben ist das Bild einer Härteprüfung nach Vickers. Zur Erzeugung der Prüfkraft wurde eine Masse von 30 kg aufgelegt. Bestimmen Sie die Vickershärte. (4P)

13 Klausur Werkstoff Prüfer: Prochotta Name...Mat.Nr... 2) Bei einem Zugversuch wurde folgendes Spannungs-Dehnungsdiagramm ermittelt. a) Bestimmen Sie den Elastizitätsmodul. (1P) b) Bestimmen Sie die 0,2% Streckgrenze. (1P) c) Bestimmen Sie die Bruchdehnung in %. (1P) d) Ein runder Stab aus diesem Material soll eine Last von 20 Tonnen tragen. Dabei darf er höchstens mit 0,4 Rm belastet werden. Welchen Durchmesser muss der Stab dafür mindestens besitzen? (3P)

14 Werkstoffe Hausübung Nr.13 WS 2014/15 Prof. Dr.-Ing. Prochotta Deadline: Uhr 1) In einer 50 mm dicken Stahlplatte soll ein Riss mit einer Ultraschallprüfung detektiert werden Dazu soll ein 90 Prüfkopf verwendet werden. a) Berechnen Sie die Schallgeschwindigkeit der Longitudinalwellen im Stahl. (3P) b) Bestimmen Sie die Lage eines Materialfehlers in der Platte, wenn ein Impulsecho nach t = 20µ s gemessen wird. (2P) E = 200GPa, c l = 3 ρ = 7800kg m, ρ E 2) a) Was ist eine Phase? (3P) b) Unter welchen Voraussetzungen erhält man bei der Erstarrung dendritisches Wachstum. Geben Sie ein Beispiel dafür. (2P)

15 Werkstoffe Hausübung Nr.14 WS 2014/15 Prof. Dr.-Ing. Prochotta Deadline: Uhr 1) Zeichnen Sie das Einstoff Phasendiagramm von Wasser mit allen wichtigen Bezeichnungen und Größen. (5P) 2) a) Zeichnen Sie ein binäres Zustandsdiagramm mit unbegrenzter Löslichkeit im flüssigen Zustand, begrenzter Löslichkeit im festen Zustand einem Eutektischen Punkt. b) Zeichnen Sie zu diesem Zustandsdiagramm eine Abkühlungskurve für ein übereutektisches Gemisch. (5P)