Grundlagen der Werkstoffe

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1 Institut für Grundlagen der Werkstoffe 2005 Prof. Setzer 1

2 Übersicht Institut für Vorlesung Dienstag Mittwoch 08:30-10:00 08:30-10:00 S05 T00 B71 S03 V00 E33 Fragen an die Studenten! Übung Donnerstag 08:30-10:00 R11 T00 D03 Antworten der Studenten! a) Fragen korrelieren mit der Prüfung! b) Stellen Bezug zur Basis der Materialkenntnis in der Baupraxis her! Sprechstunde: Mittwoch 11:00-12:00 V15 S05 D91 Online-Sprechstunde im WIBA-Net: Montag 15:00-16:00 Freitag 15:30-16:30 Homepage des Instituts: Dokumente und Animationen unter: Studium/Lehre/Lehrmaterialien 2005 Prof. Setzer 2

3 Termine und Themen der Veranstaltung Institut für Woche Termine Grobstruktur Dienstag, 12. April Woche Mittwoch, 13. April 2005 Grundgrößen Donnerstag, 14. April 2005 Dienstag, 19. April Woche Mittwoch, 20. April 2005 Aufbau der Materie Donnerstag, 21. April 2005 Dienstag, 26. April Woche Mittwoch, 27. April 2005 Struktur der Materie und Phasenübergänge Donnerstag, 28. April 2005 Dienstag, 3. Mai Woche Mittwoch, 4. Mai 2005 Chemische Reaktionen und Elektrochemie Donnerstag, 5. Mai 2005 Dienstag, 10. Mai Woche Mittwoch, 11. Mai 2005 Zementchemie Donnerstag, 12. Mai 2005 Dienstag, 17. Mai Woche Mittwoch, 18. Mai 2005 Donnerstag, 19. Mai 2005 Klausur Freitag, 20. Mai Prof. Setzer 3

4 Prüfung Grundlagen der Werkstoffe Institut für Prüfungstermin für die Klausur Grundlagen der Werkstoffe Dauer der Klausur: 1h Inhalte der Klausur: Grundgrößen Aufbau der Materie Struktur der Materie und Phasenübergänge Chemische Reaktionen und Elektrochemie Zementchemie Note der Klausur fließt zu 1/3 in die Endnote der Klausur Werkstoffe des Bauwesens 1 ein! 2005 Prof. Setzer 4

5 SI-Einheiten Institut für SI-System: Grundgrößen und abgeleitete Einheiten "Für alle Welt, für alle Völker" - dieses Motto wurde zur Zeit der Französischen Revolution geprägt, als in Frankreich die neue Längeneinheit "Meter" entstand. Das neue Maß wurde zur Grundlage des internationalen metrischen, dezimalen Maßsystems. Festlegung von sechs Basiseinheiten bei der 10. Generalkonferenz für Maß und Gewicht im Jahr 1954: Länge (Meter) Masse (Kilogramm) Zeit (Sekunde) elektrische Stromstärke (Ampere) thermodynamische Temperatur (Kelvin) Lichtstärke (Candela) Stoffmenge (Mol) erst 1973 als Basiseinheit festgelegt 1960 bekam das neue System seinen Namen: "Système International d'unités", abgekürzt SI Prof. Setzer 5

6 Vielfache und Teile der SI-Einheiten Institut für Vorsatz Kurzzeichen Bedeutung Tera T Giga G Mega M Kilo k Hekto h Deka da Dezi d ,1 Zenti c ,01 Milli m ,001 Mikro µ , Nano n , Pico p , Prof. Setzer 6

7 Länge Institut für Festlegung des Metermaßes erfolgte millionste Teil des Erdumfangs Urmeter, wird als Eichmaß in Form eines Platin-Iridium Stabes seit 1889 in Paris aufbewahrt Seit 1960 als Eichmaß das ,73 fache der Vakuumwellenlänge der orangefarbenen Spektrallinie des Krypton- Isotops (86Kr) bei 6065 Å (Angström) 1 Å entspricht 0, cm. Formelzeichen [s] Einheit m TU München, Fakultät Physik 2005 Prof. Setzer 7

8 Masse Institut für nationaler Kilogramm-Prototyp einzige SI-Basiseinheit, die auch heute noch durch einen Prototyp- Körper dargestellt wird Platin-Iridium- Legierung die verschiedenen Kilogramm- Prototype weichen zunehmend voneinander ab intensive Suche nach einem Weg, auch die Einheit der Masse auf eine Fundamentalkonstante zurückzuführen Formelzeichen [m] Einheit kg 2005 Prof. Setzer 8

9 Zeit Institut für ursprüngliche Festlegung der kleinsten Zeiteinheit erfolgte über die Einteilung eines Sonnentages in gleich große Teile Zeiteinheit wird heute mit einem atomaren Vorgang festgelegt wird Definition der Sekunde über die Schwingungsdauer des Cäsium neue Festlegung der Sekunde auf Perioden des Cs-Strahlungsüberganges Formelzeichen [t] Einheit s Atomuhr der PTB in Braunschweig 2005 Prof. Setzer 9

10 Stoffmenge Institut für Das Mol (mol) ist die Stoffmenge eines Systems, das aus ebensoviel Einzelteilchen besteht, wie Atome in Kilogramm des Nuklids 12 C enthalten sind. Die Zahl der Teilchen in einem Mol ist die Avogadro-Konstante (früher auch Loschmidtsche Zahl genannt). Sie beträgt ( ± ) mol -1. Formelzeichen [n] Einheit mol S Fe NaCl K2Cr2O7 C12H22O Prof. Setzer 10

11 Lichtstärke Institut für Definition: Candela (cd) ist die Lichtstärke in einer bestimmten Richtung einer Strahlungsquelle, die monochromatische Strahlung der Frequenz 540*10 12 Hertz aussendet und deren Strahlstärke in dieser Richtung 1/683 Watt pro Steradiant beträgt. schematische Darstellung 2005 Prof. Setzer 11

12 Stromstärke Institut für Definition: Das Ampere (A) ist die Stärke eines zeitlich unveränderlichen elektrischen Stromes, der, durch zwei im Vakuum parallel im Abstand 1 Meter voneinander angeordnete, geradlinige, unendlich lange Leiter von vernachlässigbar kleinem, kreisförmigem Querschnitt fließend, zwischen diesen Leitern je 1 Meter Leiterlänge die Kraft 0,2 Mikro- Newton hervorrufen würde. 0,2 µn 0,2 µn Formelzeichen [I] Einheit A 1A 1 m 1A Anordnung zur Festlegung des Ampere 2005 Prof. Setzer 12

13 Temperatur Institut für Tripelpunkt des Wassers und absoluter Nullpunkt definieren die thermodynamische Temperaturskala +100 C Siedepunkt des Wassers 373,15 K Das Kelvin (K) ist der 273,16 te Teil des Temperaturbereichs zwischen Tripelpunkt und absolutem Nullpunkt. Formelzeichen [T] Einheit K 0 C -273,15 C Gefrierpunkt des Wassers Schmelzpunkt des Eises absoluter Nullpunkt 273,15 K 0 K Kelvin und Celsius-Skala 2005 Prof. Setzer 13

14 Fläche Institut für Fläche Produkt zweier senkrecht zueinander stehenden Längen A = a*b Formelzeichen A Grundeinheit m² a 2005 Prof. Setzer 14

15 Volumen Institut für Volumen Produkt dreier senkrecht zueinander stehenden Längen a V = a*b*c Formelzeichen [V] Grundeinheit m³ 2005 Prof. Setzer 15

16 Reindichte / Rohdichte Institut für Die Reindichte bezeichnet die Dichte eines reinen Materials ohne Einschlüsse oder Poren. ρ = m/v Berücksichtigt man die Poren eines Materials so gelangt man zur Rohdichte. ρr = m/(v+vp) 2005 Prof. Setzer 16

17 Schüttdichte Institut für Beim Aufschütten eines Materials entstehen Hohlräume zwischen den einzelnen Partikeln. Hohlraumvolumen VH wird bei der Dichteberechnung berücksichtigt. Folglich liegt die Schüttdichte unterhalb der Rohdichte. ρs = m/(v+vp+vh) 2005 Prof. Setzer 17

18 Flächenmasse Institut für typischer Anwendungsfälle bei der die Flächenmasse eine Rolle spielt, ist der Schallschutz. Mit steigender Flächenmasse nimmt auch der Schallschutz von massiven Bauteilen zu. Massivdecken und -wände 2005 Prof. Setzer 18

19 Geschwindigkeit Institut für Geschwindigkeit: kennzeichnet den Bewegungszustand eines Körpers gibt an wie schnell ein Körper eine bestimmte Strecke zurücklegt es werden Momentangeschwindigkeit, Durchschnittsgeschwindigkeit, absolute Geschwindigkeit und relative Geschwindigkeit unterschieden 2005 Prof. Setzer 19

20 Beschleunigung Institut für zeitliche Änderung der Geschwindigkeit (v) nach Betrag und Richtung Die Geschwindigkeitsänderung v(t1, t2) zwischen zwei Zeitpunkten t1 und t2 ergibt sich durch vektorielle Differenzbildung zwischen v(t1) und v(t2) Vx Vy = Vz = 0 s Vx,t2 Vx,t1 t1 t2 t t t 2005 Prof. Setzer 20

21 Kraft Institut für Es gilt das Newton'sche Gesetz: Kraft = zeitliche Änderung der Bewegungsgröße = Masse Beschleunigung. Man kann allgemein formulieren: Kräfte können einen Körper beschleunigen, abbremsen,die Richtung seiner Bewegung ändern und ihn verformen Prof. Setzer 21

22 Energie Institut für ursprünglich die Fähigkeit eines Körpers, Arbeit zu leisten es wird unter anderem unterschieden in elektrische, magnetische, kinetische, potentielle und Ruheenergie Energieformen können mit Einschränkungen in einander umgewandelt werden Epot = potentielle Energie = m. g. h Ekin = kinetische Energie = 1. mv² 2 E t 2005 Prof. Setzer 22

23 Leistung Institut für 1 Watt (W) entspricht der Leistung die benötigt wird um 100 Gramm in einer Sekunde um einen Meter zu heben. Es werden die Begriffe mittlere Leistung und Momentanleistung unterschieden. P P = konstant * P dt t dt t *gilt wenn E~t 2005 Prof. Setzer 23

24 Druck Institut für 1 Pascal ist gleich dem Druck, der auf eine ebene Fläche von 1 m² senkrecht und gleichmäßig die Kraft 1 N ausübt. Dies entspricht einer Wassersäule von 1/10mm verteilt auf eine Fläche von 1m². F A p σ 2005 Prof. Setzer 24