Hőtani tuajdonságok Fogorvosi tan fizikai aapjai 9. Hőtani, eektromos és kémiai tuajdonságok Kiemet témák: Eektromosságtan aapfogamai Sziárdtestek energiasáv modejei Févezetők és akamazásaik Tankönyv fej.: 9 Házi feadat: 5. fej.:, 2, 5, 6, 8, 9, 0, 32, 35 hőmérséket hőfevéte/eadás Q hőkapacitás (C): C T C moáris hőkapacitás (c ): c C fajagos hőkapacitás fajhő (c): c m Néhány fogászati fajhője: c (J/(kg K)) fogzománc 750 dentin 260 víz 490 amagám 20 arany 26 porceán 00 üveg 800 PMMA 460 cinkfoszfát 500 2 hővezetés rácsrezgések szabad eektronok T > T 2 Q x Q T A t x Fourier-törvény hővezető képesség hővezetési együttható J/(s m 2 K/m) = W/(m K) Stacionárius esetre jó jeemző! Néhány fogászati hővezetési együtthatója: A x (W/(mK)) fogzománc 0,9 dentin 0,6 víz 0,44 amagám 23 arany 300 porceán üveg 0,6-,4 akriát 0,2 PMMA 0,2-0,3 cinkfoszfát,2 3 Nemstacionárius körümények között: T t D c D hőmérséket-vezetési együttható (hődiffuzivitás) (m 2 /s) T t Néhány fogászati hődiffuzivitása: (W/(mK)) D (0 6 m 2 /s) fogzománc 0,9 0,5 dentin 0,6 0,2 víz 0,44 0,4 amagám 23 9,6 arany 300 8 porceán 0,4 üveg 0,6-,4 0,3-0,7 akriát 0,2 0, PMMA 0,2-0,3 0,2 cinkfoszfát,2 0,3 4
hőtáguás A hőtáguás háttere: Lineáris hőtáguás: T ineáris hőtáguási együttható (/K) Térfogati hőtáguás: V T V térfogati hőtáguási együttható (/K) 3 Néhány fogászati ineáris hőtáguási együtthatója: (0 6 /K) fogzománc,4 dentin 8,3 arany 4,2 aranyötvözetek -6 amagám 25 porceán 4-6 akriát 90 üveg 8 PMMA 90-60 sziikon 00-200 gipsz 5-20 viasz 300-500 5 6 A hőtáguás (eseteges) következménye: Küönböző hőtáguás feszütségek! 2 7 8 2
Eektromosságtani ismétés Eektromos tötés Tötés: hoz kötött tuajdonsága egy testnek (mint a tömeg). Makroszkopikus testek átaában neutráisak. eektron (heko) = borostyán Eektron negatív, proton pozitív tötésű. Az eektromos tötés kvantát, egkisebb értéke az eektron (proton) tötése abszoút értékben, az ún. eemi tötés (e). Mértékegysége: C (Couomb) = A. s e e 9,6 0 C 9 Faraday-áandó ( mó proton össztötése): F =,6 0 9 C 6 0 23 /mo= 96 500 C/mo 0 Tötésszétváasztás Az eektromos tötéseket dörzsöésse váaszhatjuk e egymástó (statikus eektromosság = dörzsöési eektromosság). Eektromos köcsönhatás Eektromos tötésse rendekező testek egymásra hatnak: küönböző tötés esetén vonzás azonos tötések esetén taszítás eektronhiány eektrontöbbet vonzó erő F2 F2 Q Q2 + F 2 F 2 F taszító erő F2 F2 Q Q2 Couomb-erő: r Q Q F k r 2 2 F + + taszítás r r Tötésszétváasztás után kisüés! k = 9 0 9 Nm 2 /C 2 vonzás + 2 3
Eektromos 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, E: Ponttötés tere: Dipó és két azonos tötés tere: inhomogén tér erővonaak: F E N C Iránya megadja a térerősség irányát + + F Síkkondenzátor besejében évő tér: inhomogén tér Sűrűsége megmutatja a térerősség nagyságát E 3 homogén tér 4 Feszütség (= potenciáküönbség) Tegyük fe, hogy W 2 munkavégzés szükséges ahhoz, hogy egy tötésű próbatestet (próbatötést) az eektromos mező -es pontjábó a 2-es pontba vigyünk. W 2 / függeten a próbatötés nagyságátó, vaamint az útvonató. Így: Eektromos feszütség az -es és und 2-es pontok között: Megjegyzések: W 2 2 Mértékegység: Vot [V] ha 2 > 0 2-es pont pozitívabb, mint az -es 2 = 2 homogén térben: 2 = W 2 / = Es / = Es p. röntgencsőné: W = e = ½ mv 2 2 = j 2 j J V C 5 Eektromos 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! Eektromos 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 6 4
Potenciátér, ekvipotenciáis feüetek ekvipotenciáis = azonos potenciáa rendekező Az ekvipotenciáis vonaak, vagy feüetek (szaggatott vonaak) és az erővonaak (foytonos vonaak) egymásra merőegesen futnak. Egy orvosi péda: EKG ekvipotenciáis feüetek ekvipotenciáis feüetek E erővonaak Egy ekvipotenciáis feüeten vaó mozgásná nincs munkavégzés!! 7. 2. féév 8 Eektromos áram Irányított transzport, a tötéshordozók koektív vándorása Ohm törvény eektromos tötéshordozók = szabadon mozgó, eektromosan tötött részecskék p. fémekben: eektronok p. eektroitodatokban, vagy gázokban: ionok Egy vezető két vége közötti feszütség (potenciáküönbség, ) és a vezetőben foyó áram erőssége (I) arányosak egymássa. I Eektromos áramerősség (I): Q I t Q: egy vezető keresztmetszetén t idő aatt átvándoró tötésmennyiség Mértékegység: amper (A), A = C/s A technikai (konvencionáis) áramirány: a pozitív tötéshordozók vándorási iránya. 9 ~ I = RI G = I R I G R R: eektromos eenáás (rezisztencia) G: eektromos vezetés (konduktancia) V mértékegység : ohm ( ) Ω A mértékegység : siemens (S), S Ω 20 5
Egy vezető eenáása A I I ~ v ~ E = / I ~ Q ~ A A I ~ R R ~ I A A R fajagos eenáás (rezisztivitás) SI-mértékegység: m Fajagos vezetés (vezetőképesség, konduktivitás) (): SI-mértékegység: S/m Egyéb tuajdonságok eektromos Fajagos eenáás (): R A (m) Fajagos vezetés, (fajagos) vezetőképesség (): ((m) = S/m) Eektromos vezetőképesség tényezői: (S/m) ezüst 6,80 7 arany 4,30 7 patina 0,940 7 germánium 2,2 sziícium 40 4 cirkon 0 0 porceán 0 üveg 0 3 PMMA 0 2 PE 0 6 -- szabad tötéshordozók (eektron, ionok) mennyisége -- mozgékonyságuk vezetők févezetők szigeteők 2 22 Eektronszerkezet - energiasávok Sávok fetötődése: energiaminimum Paui-ev eektronok száma vezetési sáv Az üres, i. a részben betötött sávok közü a egasó. vegyértéksáv: Azon sávok közü, ameyekben eektron taáható, a egfeső. Titott sáv széessége: p. NaI (e = 5 ev) p. Si (e =, ev) Ge (e = 0,7 ev) 23 24 6
Tiszta févezető (intrinsic vezetés) T = 0 K : Szennyezett févezető n-févezető adaék p. P 5P: s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 aapkristáy p. Si 4Si: s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 T = 273 K : eektronok (negatív tötéshordozók) eektromos vezetőképesség konst. e e 2kT eektronvezetés (n-vezetés) defekteektronok, yukak (virtuáis positív tötéshordozók) 25 26 Szennyezett févezető aapkristáy p. Si Szennyezett févezetők akamazása 4Si: s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 o dióda o fotodióda p-févezető szabad eektronok szabad yukak kiürített zóna gerjesztett eektron adaék p. B 5B: s 2 2s 2 2p fény p n defekteektron févezető (p. Si) kiürített zóna záró irány + nyitó irány + fotoáram (fotovezetés) (áramerősség ~ fényintenzitás) yukvezetés (p-vezetés) + záró irány 27 fénydetektor 28 7
o Fényemittáó dióda (LED) szabad eektronok dióda kiürített zóna nyitó irány + szabad yukak kémiai Fémek oxidációja,korróziója Eemek gaván sora (tengervízben): Pt Au Ti Ag Cu Ni Sn Pb A Zn inert aktív M M n savas közegben: ne O2 4H 4e 2H2O semeges vagy úgos közegben: O2 2 2H O 4e 4 OH fém (M) közeg fém (M) közeg fém (M) közeg amagám korróziója Gavanikus korrózió: Rés korrózió: vizes közeg Pt Zn 29 fém (M) 30 Kerámiák kémiai korróziója odódás H 2 O repedés növekedése ( statikus fáradás ) Poimerek degradációja vízfevéte duzzadás, odódás kötőerők gyengüése (akoho) mechanikai, optikai tuajdonságok vátozása V besugárzás ionizáció kovaens kötés feszakadása Következő eőadáshoz: 20. és 2. tankönyvi fejezet ánc szakadás, keresztkötés,... 3 8