Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 9. Hőtani, elektromos és kémiai tulajdonságok

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

Hőtani tulajdonságok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 9. Hőtani, elektromos és kémiai tulajdonságok. Q x. hőmérséklet.

Hőtani tulajdonságok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 10. Hőtani, elektromos és kémiai tulajdonságok. Q x. hőmérséklet.

1. SI mértékegységrendszer

Elektromos alapjelenségek

Elektrosztatikai alapismeretek

ELEKTROSZTATIKA. Ma igazán feltöltődhettek!

Elektromos áram. Vezetési jelenségek

Egyenáram. Áramkörök jellemzése Fogyasztók és áramforrások kapcsolása Az áramvezetés típusai

Orvosi Fizika 13. Bari Ferenc egyetemi tanár SZTE ÁOK-TTIK Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet

Elektrosztatika tesztek

Orvosi jelfeldolgozás. Információ. Információtartalom. Jelek osztályozása De, mi az a jel?

TestLine - Fizika 8. évfolyam elektromosság alapok Minta feladatsor

Elektromos töltés, áram, áramkör

Az elektromosságtan alapjai

1. Elektromos alapjelenségek

FÉLVEZETŐ ESZKÖZÖK I. Elektrotechnika 4. előadás

Elektromosság, áram, feszültség

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 6.

Fizika 1 Elektrodinamika beugró/kis kérdések

Elektromos áram, áramkör

TANMENET FIZIKA. 10. osztály. Hőtan, elektromosságtan. Heti 2 óra

Hobbi Elektronika. Bevezetés az elektronikába: Ohm törvény, Kirchoff törvényei, soros és párhuzamos kapcsolás

Elektromos áramerősség

Vezetők elektrosztatikus térben

Vezetési jelenségek, vezetőanyagok

5. Laboratóriumi gyakorlat. A p-n ÁTMENET HŐMÉRSÉKLETFÜGGÉSE

Orvosi Fizika 12. Bari Ferenc egyetemi tanár SZTE ÁOK-TTIK Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 8. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

dinamikai tulajdonságai

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7.

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

A semleges testeket a + és a állapotú anyagok is vonzzák. Elnevezés: töltés: a negatív állapotú test negatív töltéssel, a pozitív állapotú test

Mágneses mező jellemzése

Vezetési jelenségek, vezetőanyagok. Elektromos vezetési folyamatban töltést továbbító (elmozdulni képes) részecskék:

Vegyes témakörök. 9. Bevezetés az elektronikába - alapfogalmak, Ohm törvény, soros és párhuzamos kapcsolás

Elektronika Alapismeretek

Elektromos áram, áramkör

Mérés és adatgyűjtés

9. évfolyam. Osztályozóvizsga tananyaga FIZIKA

1 kérdés. Személyes kezdőlap Villamos Gelencsér Géza Simonyi teszt május 13. szombat Teszt feladatok 2017 Előzetes megtekintés

Fizika minta feladatsor

ELTE Apáczai Csere János Gyakorló Gimnázium és Kollégium Biológia tagozat. Fizika 10. osztály. II. rész: Elektrosztatika. Készítette: Balázs Ádám

FOK Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai tárgy kolokviumi kérdései 2012/13-es tanév I. félév

Mágneses mező jellemzése

A munkavégzés a rendszer és a környezete közötti energiacserének a D hőátadástól eltérő valamennyi más formája.

Elektrosztatika Mekkora két egyenlő nagyságú töltés taszítja egymást 10 m távolságból 100 N nagyságú erővel? megoldás

13 Elektrokémia. Elektrokémia Dia 1 /52

Termodinamika. Belső energia

Újpesti Bródy Imre Gimnázium és Ál tal án os Isk ola

A semleges testeket a + és a állapotú anyagok is vonzzák. Elnevezés: töltés: a negatív állapotú test negatív töltéssel, a pozitív állapotú test

Elektromos ellenállás, az áram hatásai, teljesítmény

Elektromos áram, egyenáram

A mágneses tulajdonságú magnetit ásvány, a görög Magnészia városról kapta nevét.

FIZIKA ÓRA. Tanít: Nagy Gusztávné

Elektrotechnika 9. évfolyam

Mágneses erőtér. Ahol az áramtól átjárt vezetőre (vagy mágnestűre) erő hat. A villamos forgógépek mutatós műszerek működésének alapja

Határfelületi jelenségek. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 3. Általános anyagszerkezeti ismeretek. N m J 2

Elektro-analitikai számítási feladatok 1. Potenciometria

Szigetelők Félvezetők Vezetők

Elektromos töltés, áram, áramkörök

Elektrotechnika. Ballagi Áron

Kémiai fizikai alapok I. Vízminőség, vízvédelem tavasz

Szilárdtestek sávelmélete. Sávelmélet a szabadelektron-modell alapján

71. A lineáris és térfogati hőtágulási tényező közötti összefüggés:

1.A 1.A. 1.A Villamos alapfogalmak Feszültség, áram, töltés, ellenállás

Időben állandó mágneses mező jellemzése

Galvanomágneses jelenségek

Fermi Dirac statisztika elemei

A töltéshordozók meghatározott irányú rendezett mozgását elektromos áramnak nevezzük. Az áram irányán a pozitív részecskék áramlási irányát értjük.

ELEKTROMOSAN TÖLTÖTT RÉSZECSKÉKET TARTALMAZÓ HOMOGÉN ÉS HETEROGÉN RENDSZEREK A TERMODINAMIKÁBAN

V e r s e n y f e l h í v á s

Energiaminimum- elve

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Elektromos áram, egyenáram

TestLine - Fizika 8. évfolyam elektromosság 2. Minta feladatsor

Termodinamika (Hőtan)

Fizika Vetélkedő 8 oszt. 2013

Elektron mozgása kristályrácsban Drude - féle elektrongáz

DR. KOVÁCS ERNŐ ELEKTRONIKA II. (DISZKRÉT FÉLVEZETŐK, ERŐSÍTŐK) ELŐADÁS JEGYZET

Lendület. Lendület (impulzus): A test tömegének és sebességének szorzata. vektormennyiség: iránya a sebesség vektor iránya.

Anyagvizsgálati módszerek Elektroanalitika. Anyagvizsgálati módszerek

Villamos tér. Elektrosztatika. A térnek az a része, amelyben a. érvényesülnek.

Víz. Az élő anyag szerkezeti egységei. A vízmolekula szerkezete. Olyan mindennapi, hogy fel sem tűnik, milyen különleges

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Diffúzió. Diffúzió sebessége: gáz > folyadék > szilárd (kötőerő)

A semleges testeket a + és a állapotú anyagok is vonzzák. Elnevezés: töltés: a negatív állapotú test negatív töltéssel, a pozitív állapotú test

A napelemek fizikai alapjai

100 o C víz forrása 212 o F 0 o C víz olvadása 32 o F T F = 9/5 T C Példák: 37 o C (láz) = 98,6 o F 40 o C = 40 o F 20 o C = 68 o F

Elektromos vezetési tulajdonságok

SZÁMÍTÁSOS FELADATOK

Elektromos áram, egyenáram

Az elektromos kettősréteg. Az elektromos potenciálkülönbség eredete, értéke és az azt befolyásoló tényezők. Kolloidok stabilitása.

Egyenáram tesztek. 3. Melyik mértékegység meghatározása nem helyes? a) V = J/s b) F = C/V c) A = C/s d) = V/A

Elektrodinamika. Maxwell egyenletek: Kontinuitási egyenlet: div n v =0. div E =4 div B =0. rot E = rot B=

Az elektromos töltés jele: Q, mértékegysége: C (Coulomb) A legkisebb töltés (elemi töltés): 1 elektron töltése: - 1, C (azért -, mert negatív)

2. (d) Hővezetési problémák II. főtétel - termoelektromosság

-A homogén detektorok közül a gyakorlatban a Si és a Ge egykristályból készültek a legelterjedtebbek.

Átírás:

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 9. Hőtani, elektromos és kémiai tulajdonságok Kiemelt témák: Elektromosságtan alapfogalmai Szilárdtestek energiasáv modelljei Félvezetők és alkalmazásaik Tankönyv fej.: 19 Házi feladat: 5. fej.: 1, 2, 5, 6, 8, 9, 10, 32, 35 1

Hőtani tulajdonságok hőmérséklet hőfelvétel/leadás hőkapacitás (C): Q C T moláris hőkapacitás (c ): C c fajlagos hőkapacitás fajhő (c): c C m Néhány fogászati anyag fajhője: anyag c (J/(kg K)) fogzománc 750 dentin 1260 víz 4190 amalgám 210 arany 126 porcelán 1100 üveg 800 PMMA 1460 cinkfoszfát 500 2

hővezetés T 1 T 2 Q t Q rácsrezgések szabad elektronok x > T la x Fourier-törvény l hővezető képesség hővezetési együttható J/(s m 2 K/m) = W/(m K) Stacionárius esetre jó jellemző! Néhány fogászati anyag hővezetési együtthatója: A x anyag l (W/(mK)) fogzománc 0,9 dentin 0,6 víz 0,44 amalgám 23 arany 300 porcelán 1 üveg 0,6-1,4 akrilát 0,2 PMMA 0,2-0,3 cinkfoszfát 1,2 3

Nemstacionárius körülmények között: T t T t Néhány fogászati anyag hődiffuzivitása: l D c D hőmérséklet-vezetési együttható (hődiffuzivitás) (m 2 /s) anyag l (W/(mK)) D (10 6 m 2 /s) fogzománc 0,9 0,5 dentin 0,6 0,2 víz 0,44 0,14 amalgám 23 9,6 arany 300 118 porcelán 1 0,4 üveg 0,6-1,4 0,3-0,7 akrilát 0,2 0,1 PMMA 0,2-0,3 0,12 cinkfoszfát 1,2 0,3 4

hőtágulás Lineáris hőtágulás: Néhány fogászati anyag lineáris hőtágulási együtthatója: l l T anyag (10 6 1/K) fogzománc 11,4 dentin 8,3 lineáris hőtágulási együttható (1/K) Térfogati hőtágulás: arany 14,2 aranyötvözetek 11-16 amalgám 25 porcelán 4-16 V V T akrilát 90 üveg 8 PMMA 90-160 térfogati hőtágulási együttható (1/K) 3 szilikon 100-200 gipsz 15-20 viasz 300-500 5

A hőtágulás háttere: 6

7

A hőtágulás (esetleges) következménye: Különböző hőtágulás feszültségek! 1 2 8

Elektromosságtani ismétlés 9

Elektromos töltés Töltés: anyaghoz kötött tulajdonsága egy testnek (mint a tömeg). Makroszkopikus testek általában neutrálisak. elektron (hleko) = borostyán Elektron negatív, proton pozitív töltésű. Az elektromos töltés kvantált, legkisebb értéke az elektron (proton) töltése abszolút értékben, az ún. elemi töltés (e). Mértékegysége: 1 C (Coulomb) = 1 A. s e e 19 1,6 10 C Faraday-állandó (1 mól proton össztöltése): F = 1,6 10 19 C 6 10 23 1/mol= 96 500 C/mol 10

Töltésszétválasztás Az elektromos töltéseket dörzsöléssel válaszhatjuk el egymástól (statikus elektromosság = dörzsölési elektromosság). elektronhiány elektrontöbblet Töltésszétválasztás után kisülés! 11

Elektromos kölcsönhatás Elektromos töltéssel rendelkező testek egymásra hatnak: különböző töltés esetén vonzás azonos töltések esetén taszítás vonzó erő F21 F12 + F 12 F 21 F taszító erő F21 F12 Q1 Q2 Q1 Q2 Coulomb-erő: r F k Q Q 1 r 2 2 F + + taszítás r r k = 9 10 9 Nm 2 /C 2 vonzás + 12

Elektromos tér (mező), erővonalak Ha két test úgy áll kölcsönhatásban egymással, hogy nem érintkeznek, akkor a kölcsönhatásukat úgy képzeljük el, hogy közöttük egy erőtér (mező) jön létre, és az közvetíti az erőhatást. Az erőteret (mezőt) a térerősséggel jellemezzük, és az erővonalak segítségével tesszük szemléletessé. elektromos térerősség, E: erővonalak: E F q N C Iránya megadja a térerősség irányát Sűrűsége megmutatja a térerősség nagyságát + +q F 13

Ponttöltés tere: inhomogén tér Dipól és két azonos töltés tere: inhomogén tér Síkkondenzátor belsejében lévő tér: E homogén tér 14

Feszültség (= potenciálkülönbség) Tegyük fel, hogy W 1 2 munkavégzés szükséges ahhoz, hogy egy q töltésű próbatestet (próbatöltést) az elektromos mező 1-es pontjából a 2-es pontba vigyünk. W 1 2 / q független a próbatöltés nagyságától, valamint az útvonaltól. Így: Elektromos feszültség az 1-es és und 2-es pontok között: Megjegyzések: W1 q 2 U 21 Mértékegység: Volt [V] 1 J 1 V 1 C ha U 21 > 0 2-es pont pozitívabb, mint az 1-es U 21 = U 12 homogén térben: U 21 = W 1 2 / q = qes / q = Es pl. röntgencsőnél: W = eu = ½ mv 2 U 21 = j 2 j 1 15

Elektromos potenciál Jelölje W 0 i azt a munkát, amely ahhoz szükséges, hogy egy q próbatöltést a 0 vonatkoztatási pontból az i pontba vigyünk. W q 0i független a próbatöltéstől és az útvonaltól! Elektromos potenciál: j i W q 0 i Mértékegység: Volt (V) Az elektromos potenciál (j i ) megadja az 1 C nagyságú próbatöltés potenciális energiáját az i pontban, miután az adott elektromos mezőben a vonatkoztatási pontból (0) az i pontba vittük. Vonatkoztatási pontnak sokszor a végtelen távoli pontot választják, ekkor: W ji q i 16

Potenciáltér, ekvipotenciális felületek ekvipotenciális = azonos potenciállal rendelkező Az ekvipotenciális vonalak, vagy felületek (szaggatott vonalak) és az erővonalak (folytonos vonalak) egymásra merőlegesen futnak. E Egy ekvipotenciális felületen való mozgásnál nincs munkavégzés!! 17

Egy orvosi példa: EKG ekvipotenciális felületek ekvipotenciális felületek erővonalak l. 2. félév 18

Elektromos áram Irányított transzport, a töltéshordozók kollektív vándorlása elektromos töltéshordozók = szabadon mozgó, elektromosan töltött részecskék pl. fémekben: elektronok pl. elektrolitoldatokban, vagy gázokban: ionok Elektromos áramerősség (I): I Q t Q: egy vezető keresztmetszetén t idő alatt átvándorló töltésmennyiség Mértékegység: amper (A), 1A = 1C/1s A technikai (konvencionális) áramirány: a pozitív töltéshordozók vándorlási iránya. 19

Ohm törvény U Egy vezető két vége közötti feszültség (potenciálkülönbség, U) és a vezetőben folyó áram erőssége (I) arányosak egymással. I U ~ I U = RI GU = I R: elektromos ellenállás (rezisztencia) G: elektromos vezetés (konduktancia) U R I 1 G R mértékegység : ohm ( ) 1Ω mértékegység : siemens (S), 1V 1A 1 1S 1Ω 20

Egy vezető ellenállása I I ~ v ~ E = U/l I ~ Q ~ A A l A I ~ U l U I R R ~ l A R l A fajlagos ellenállás (rezisztivitás) SI-mértékegység: m Fajlagos vezetés (vezetőképesség, konduktivitás) (): SI-mértékegység: S/m 1 21

Egyéb tulajdonságok elektromos Fajlagos ellenállás (): R A l Fajlagos vezetés, (fajlagos) vezetőképesség (): 1 (m) ((m) 1 = S/m) anyag (S/m) ezüst 6,810 7 arany 4,310 7 platina 0,9410 7 germánium 2,2 szilícium 410 4 cirkon 10 10 porcelán 10 11 üveg 10 13 PMMA 10 12 PE 10 16 vezetők félvezetők szigetelők Elektromos vezetőképesség tényezői: -- szabad töltéshordozók (elektron, ionok) mennyisége -- mozgékonyságuk 22

Elektronszerkezet - energiasávok Sávok feltöltődése: energiaminimum Pauli-elv elektronok száma vezetési sáv Az üres, ill. a részben betöltött sávok közül a legalsó. vegyértéksáv: Azon sávok közül, amelyekben elektron található, a legfelső. 23

Tiltott sáv szélessége: pl. NaI (e = 5 ev) pl. Si (e = 1,1 ev) Ge (e = 0,7 ev) 24

Tiszta félvezető (intrinsic vezetés) T = 0 K : T = 273 K : elektronok (negatív töltéshordozók) elektromos vezetőképesség konst. e e 2kT defektelektronok, lyukak (virtuális positív töltéshordozók) 25

Szennyezett félvezető n-félvezető alapkristály pl. Si 14Si: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 adalék pl. P 15P: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 elektronvezetés (n-vezetés) 26

Szennyezett félvezető alapkristály pl. Si 14Si: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 p-félvezető adalék pl. B 5B: 1s 2 2s 2 2p 1 lyukvezetés (p-vezetés) 27

Szennyezett félvezetők alkalmazása o dióda o fotodióda szabad elektronok szabad lyukak kiürített zóna gerjesztett elektron defektelektron fény p n félvezető (pl. Si) kiürített zóna U záró irány + nyitó irány + fotoáram (fotovezetés) (áramerősség ~ fényintenzitás) U + záró irány fénydetektor 28

o Fényemittáló dióda (LED) szabad elektronok dióda szabad lyukak kiürített zóna nyitó irány + U 29

kémiai Fémek oxidációja,korróziója M M n ne Elemek galván sora (tengervízben): Pt Au Ti Ag Cu Ni Sn Pb Al Zn inert aktív Galvanikus korrózió: savas közegben: semleges vagy lúgos közegben: O2 4H 4e 2H2O O2 2H2O 4e 4 OH fém (M) közeg fém (M) közeg fém (M) közeg amalgám korróziója Rés korrózió: vizes közeg Pt Zn fém (M) 30

Kerámiák kémiai korróziója oldódás H 2 O repedés növekedése ( statikus fáradás ) Polimerek degradációja vízfelvétel duzzadás, oldódás kötőerők gyengülése (alkohol) mechanikai, optikai tulajdonságok változása UV besugárzás ionizáció kovalens kötés felszakadása Következő előadáshoz: 20. és 21. tankönyvi fejezet lánc szakadás, keresztkötés,... 31