Hőtani tulajdonságok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 9. Tankönyv fej.: 19. Q x. hőmérséklet. hőfelvétel/leadás

Átírás

1 Fogorvosi anyagtan fizikai aapjai 9. Tankönyv fej.: 9 Hőtani, eektromos, kémiai és optikai tuajdonságok Házi feadat: 5. fej.:,, 5, 6, 8, 9, 0, Hőtani tuajdonságok hőmérséket hőfevéte/eadás Q hőkapacitás (C): C T C moáris hőkapacitás (c ): c C fajagos hőkapacitás fajhő (c): c m Néhány fogászati anyag fajhője: 3, 35 anyag c (J/(kg K)) fogzománc 750 dentin 60 víz 490 amagám 0 arany 6 porceán 00 üveg 800 PMMA 460 cinkfoszfát 500 hővezetés rácsrezgések szabad eektronok T > T Q x Q T A t x Fourier-törvény hővezető képesség hővezetési együttható J/(s m K/m) = W/(m K) Stacionárius esetre jó jeemző! Néhány fogászati anyag hővezetési együtthatója: A x anyag (W/(mK)) fogzománc 0,9 dentin 0,6 víz 0,44 amagám 3 arany 300 porceán üveg 0,6-,4 akriát 0, PMMA 0,-0,3 cinkfoszfát, 3 Nemstacionárius körümények között: T t D c D hőmérséket-vezetési együttható (hődiffuzivitás) (m /s) T t Néhány fogászati anyag hődiffuzivitása: anyag (W/(mK)) D (0 6 m /s) fogzománc 0,9 0,5 dentin 0,6 0, víz 0,44 0,4 amagám 3 9,6 arany porceán 0,4 üveg 0,6-,4 0,3-0,7 akriát 0, 0, PMMA 0,-0,3 0, cinkfoszfát, 0,3 4

2 hőtáguás A hőtáguás háttere: Lineáris hőtáguás: T ineáris hőtáguási együttható (/K) Térfogati hőtáguás: V T V térfogati hőtáguási együttható (/K) 3 Néhány fogászati anyag ineáris hőtáguási együtthatója: anyag (0 6 /K) fogzománc,4 dentin 8,3 arany 4, aranyötvözetek -6 amagám 5 porceán 4-6 akriát 90 üveg 8 PMMA sziikon gipsz 5-0 viasz A hőtáguás (eseteges) következménye: Küönböző hőtáguás feszütségek! 7 8

3 ektromosságtani ismétés ektromos tötés Tötés: anyaghoz kötött tuajdonsága egy testnek (mint a tömeg). Makroszkopikus testek átaában neutráisak. ektron negatív, proton pozitív tötésű. ektron (görögü, heko) = borostyán Az eektromos tötés kvantát, egkisebb értéke az eektron (proton) tötése abszoút értékben (e ), az ún. eemi tötés (e). Mértékegysége: C (Couomb) = A. s e e 9,6 x0 C 9 Faraday-áandó ( mó proton össztötése): F =,6x0 9 C x 6x0 3 /mo= C/mo 0 Tötésszétváasztás Az eektromos tötéseket dörzsöésse váaszhatjuk e egymástó (statikus eektromosság = dörzsöési eektromosság). ektromos köcsönhatás ektromos tötésse rendekező testek egymásra hatnak: küönböző tötés esetén vonzás azonos tötések esetén taszítás eektronhiány eektrontöbbet vonzó erő F F Q Q + F F F taszító erő F F Q Q Couomb-erő: r Q Q F k r F + + taszítás r r Tötésszétváasztás után kisüés! k = Nm /C vonzás + 3

4 ektromos tér (mező), erővonaak Ha két test úgy á köcsönhatásban egymássa, hogy nem érintkeznek, akkor a köcsönhatásukat úgy képzejük e, hogy közöttük egy erőtér (mező) jön étre, és az közvetíti az erőhatást. Az erőteret (mezőt) a térerősségge jeemezzük, és az erővonaak segítségéve tesszük szeméetessé. eektromos térerősség, : Ponttötés tere: Dipó és két azonos tötés tere: inhomogén tér erővonaak: F N C Iránya megadja a térerősség irányát + + F inhomogén tér Sűrűsége megmutatja a téerősség nagyságát homogén tér: 3 4 Munkavégzés eektromos tér eenében: s Tötés mozgatása az erővonaakka párhuzamosan: W F a s F e s s s s F a F e + W F Tötés mozgatása ferdén : a s cos s cos = s F a F e s Tötés mozgatása az erővonaakra merőegesen: W F a s cos 0 F a F e s W függeten az útvonató a két pont között, csak a két végponttó függ! F a F e s 5 6 4

5 Feszütség (= potenciáküönbség) Tegyük fe, hogy W munkavégzés szükséges ahhoz, hogy egy tötésű próbatestet (próbatötést) az eektromos mező -es pontjábó a -es pontba vigyünk. W / függeten a próbatötés nagyságátó, vaamint az útvonató. Így: ektromos feszütség az -es és und -es pontok között: Megjegyzések: W Mértékegység: Vot [V] ha > 0 -es pont pozitívabb, mint az -es = homogén térben: = W / = s / = s p. röntgencsőné: W = e = ½ mv = j j J V C 7 ektromos potenciá Jeöje W 0 i azt a munkát, amey ahhoz szükséges, hogy egy próbatötést a 0 vonatkoztatási pontbó az i pontba vigyünk. W 0i függeten a próbatötéstő és az útvonató! ektromos potenciá: j W 0 i i Mértékegység: Vot (V) Az eektromos potenciá (j i ) megadja az C nagyságú próbatötés potenciáis energiáját az i pontban, miután az adott eektromos mezőben a vonatkoztatási pontbó (0) az i pontba vittük. Vonatkoztatási pontnak sokszor a végteen távoi pontot váasztják, ekkor: W ji i 8 Potenciátér, ekvipotenciáis feüetek ekvipotenciáis = azonos potenciáa rendekező Az ekvipotenciáis vonaak, vagy feüetek (szaggatott vonaak) és az erővonaak (foytonos vonaak) egymásra merőegesen futnak. ektromos áram Irányított transzport, a tötéshordozók koektív vándorása eektromos tötéshordozók = szabadon mozgó, eektromosan tötött részecskék p. fémekben: eektronok p. eektroitodatokban, vagy gázokban: ionok ektromos áramerősség (I): Q I t Q: egy vezető keresztmetszetén t idő aatt átvándoró tötésmennyiség Mértékegység: amper (A), A = C/s gy ekvipotenciáis feüeten vaó mozgásná nincs munkavégzés!! 9 A technikai (konvencionáis) áramirány: a pozitív tötéshordozók vándorási iránya. 0 5

6 Ohm törvény gy vezető eenáása I I ~ v ~ = / I ~ Q ~ A ~ I I = RI G = I R I G R gy vezető két vége közötti feszütség (potenciáküönbség, ) és a vezetőben foyó áram erőssége (I) arányosak egymássa. R: eektromos eenáás (rezisztencia) G: eektromos vezetés (konduktancia) V mértékegység : ohm ( ) Ω A mértékegység : siemens (S), S Ω A A I ~ R R ~ I A A R fajagos eenáás (rezisztivitás) SI-mértékegység: m Fajagos vezetés (vezetőképesség, konduktivitás) (): SI-mértékegység: S/m gyéb tuajdonságok ektronszerkezet - energiasávok eektromos Fajagos eenáás (): R A (m) Fajagos vezetés, (fajagos) vezetőképesség (): ((m) = S/m) anyag (S/m) ezüst 6,80 7 arany 4,30 7 patina 0,940 7 germánium, sziícium 40 4 cirkon 0 0 porceán 0 üveg 0 3 PMMA 0 P 0 6 vezetők févezetők szigeteők Sávok fetötődése: energiaminimum Paui-ev eektronok száma ektromos vezetőképesség tényezői: -- szabad tötéshordozók (eektron, ionok) mennyisége -- mozgékonyságuk 3 4 6

7 Tiszta févezető (intrinsic vezetés) T = 0 K : Titott sáv széessége: p. NaI (e = 5 ev) Févezetők vezetőképessége: p. Si (e =, ev) Ge (e = 0,7 ev) T = 73 K : eektronok (negatív tötéshordozók) eektromos vezetőképesség konst. e e kt defekteektronok, yukak (virtuáis positív tötéshordozók) 5 6 Szennyezett févezető aapkristáy p. Si Szennyezett févezető aapkristáy p. Si n-févezető 4Si: s s p 6 3s 3p 4Si: s s p 6 3s 3p adaék p. P p-févezető 5P: s s p 6 3s 3p 3 adaék p. B 5B: s s p eektronvezetés (n-vezetés) yukvezetés (p-vezetés) 7 8 7

8 Szennyezett févezetők akamazása o Fényemittáó dióda (LD) szabad eektronok dióda szabad yukak o dióda o fotodióda szabad eektronok szabad yukak kiürített zóna gerjesztett eektron fény p n defekteektron févezető (p. Si) kiürített zóna nyitó irány + kiürített zóna záró irány + nyitó irány + fotoáram (fotovezetés) (áramerősség ~ fényintenzitás) + záró irány fénydetektor 9 30 kémiai Fémek oxidációja,korróziója emek gaván sora (tengervízben): Pt Au Ti Ag Cu Ni Sn Pb A Zn inert aktív M M n savas közegben: ne O 4H 4e HO semeges vagy úgos közegben: O H O 4e 4 OH fém (M) közeg fém (M) közeg fém (M) közeg amagám korróziója Kerámiák kémiai korróziója odódás Poimerek degradációja H O repedés növekedése ( statikus fáradás ) vízfevéte duzzadás, odódás kötőerők gyengüése (akoho) mechanikai, optikai tuajdonságok vátozása Gavanikus korrózió: Rés korrózió: vizes közeg Pt Zn V besugárzás ionizáció kovaens kötés feszakadása ánc szakadás, keresztkötés,... fém (M) 3 3 8