A Ga-Bi OLVADÉK TERMODINAMIKAI OPTIMALIZÁLÁSA



Hasonló dokumentumok
3515, Miskolc-Egyetemváros

Al-Mg-Si háromalkotós egyensúlyi fázisdiagram közelítő számítása

Elektrokémia 03. Cellareakció potenciálja, elektródreakció potenciálja, Nernst-egyenlet. Láng Győző

s n s x A m és az átlag Standard hiba A m becslése Információ tartalom Átlag Konfidencia intervallum Pont becslés Intervallum becslés

Hipotézis vizsgálatok. Egy példa. Hipotézisek. A megfigyelt változó eloszlása Kérdés: Hatásos a lázcsillapító gyógyszer?

Regresszió. Fő cél: jóslás Történhet:

OPTIMALIZÁLT LÉPÉSKÖZŰ NEWTON-RAPHSON ALGORITMUS EHD FELADAT MEGOLDÁSÁHOZ

Az entrópia statisztikus értelmezése

SZÁMOLÁSI FELADATOK. 2. Mekkora egy klíma teljesítménytényező maximális értéke, ha a szobában 20 C-ot akarunk elérni és kint 35 C van?

VÁLASZOK A FIZKÉM I ALAPKÉRDÉSEKRE, KERESZTÉVFOLYAM 2006

Anyagtudomány. Ötvözetek egyensúlyi diagramjai (állapotábrák)

Statisztikai próbák. Ugyanazon problémára sokszor megvan mindkét eljárás.

,...,q 3N és 3N impulzuskoordinátával: p 1,

Elegyek. Fizikai kémia előadások 5. Turányi Tamás ELTE Kémiai Intézet. Elegyedés

KAPILLÁRIS NYOMÁS GÖRBE MEGHATÁROZÁSA HIGANYTELÍTÉSES POROZITÁSMÉRÉS ADATAIBÓL DETERMINATION OF CAPILLARY PRESSURE CURVE FROM MERCURY POROSIMETRY DATA

Méréselmélet: 5. előadás,

ANYAGEGYENSÚLYOK. ANYAGMÉRNÖK MSC KÉPZÉS és KOHÓMÉRNÖK MSC KÉPZÉS. (nappali munkarendben) TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ

Molekuláris dinamika: elméleti potenciálfelületek

Nagynyomású fázisegyensúly vizsgálata opálosodási pont megfigyelésével

A bankközi jutalék (MIF) elő- és utóélete a bankkártyapiacon. A bankközi jutalék létező és nem létező versenyhatásai a Visa és a Mastercard ügyek

METROLÓGIA ÉS HIBASZÁMíTÁS

AZ IONKONCENTRÁCIÓ POTENCIOMETRIÁS MEGHATÁROZÁSA IONSZELEKTÍV ELEKTRÓDOK ALKALMAZÁSÁVAL

Turbulens áramlás modellezése háromszög elrendezésű csőkötegben

A MOLEKULADINAMIKAI MÓDSZEREK SZISZTEMATIKUS TÁRGYALÁSA: KLASSZIKUS DINAMIKA A POSTERIORI KORREKCIÓJA

4 2 lapultsági együttható =

Reaktivitás on-line digitális mérhetősége virtuális méréstechnikával

Egy negyedrendű rekurzív sorozatcsaládról

Az α értékének változtatásakor tanulmányozzuk az y-x görbe alakját. 2 ahol K=10

KLASSZIKUS TERMODINAMIKA

1. Holtids folyamatok szabályozása

Ötvözetek mágneses tulajdonságú fázisainak vizsgálata a hiperbolikus modell alkalmazásával

Digitális Domborzat Modellek (DTM)

ORVOSI STATISZTIKA. Az orvosi statisztika helye. Egyéb példák. Példa: test hőmérséklet. Lehet kérdés? Statisztika. Élettan Anatómia Kémia. Kérdések!

Szárítás során kialakuló hővezetés számítása Excel VBA makróval

Support Vector Machines

Tanult nem paraméteres próbák, és hogy milyen probléma megoldására szolgálnak.

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

BUDAPESTI MŰ SZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM KÖZLEKEDÉSMÉRNÖKI ÉS JÁRMŰMÉRNÖKI KAR VASÚTI JÁRMŰVEK ÉS JÁRMŰRENDSZERANALÍZIS TANSZÉK

FILMHANG RESTAURÁLÁS: A NEMLINEÁRIS KOMPENZÁLÁS

Bevezetés a kémiai termodinamikába

Trigonometria Megoldások. 1) Igazolja, hogy ha egy háromszög szögeire érvényes az alábbi összefüggés: sin : sin = cos + : cos +, ( ) ( )

Fizikai kémia 2 Reakciókinetika házi feladatok 2016 ősz

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Trigonometria

A DIFFUZIÓ ÉS A MEGOSZLÁSI HÁNYADOS HATÁSA A MIKRODÚSULÁSRA KÉTALKOTÓS SZILÁRDOLDATOK KRISTÁLYOSODÁSÁNÁL

A multikritériumos elemzés célja, alkalmazási területe, adat-transzformációs eljárások, az osztályozási eljárások lényege

A korlátozás programozás alapjai

2. Laboratóriumi gyakorlat A TERMISZTOR. 1. A gyakorlat célja. 2. Elméleti bevezető

IDA ELŐADÁS I. Bolgár Bence október 17.

Periodikus figyelésű készletezési modell megoldása általános feltételek mellett

Nemlineáris függvények illesztésének néhány kérdése

Termokémia. Hess, Germain Henri ( ) A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

Töréskép optimalizálás Elmélet, megvalósítás, alkalmazás

Spontaneitás, entrópia

Algoritmusok és adatszerkezetek gyakorlat 09 Rendezések

Légköri termodinamika

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

5. Forráskódolás és hibavédő kódolás

Elosztott rendszerek játékelméleti elemzése: tervezés és öszönzés. Toka László

Komplex regionális elemzés és fejlesztés tanév DE Népegészségügyi Iskola Egészségpolitika tervezés és finanszírozás MSc

Függvények július 13. Határozza meg a következ határértékeket! 1. Feladat: x 0 7x 15 x ) = lim. x 7 x 15 x ) = (2 + 0) = lim.

Spontaneitás, entrópia

MŰSZAKI TUDOMÁNYI DOKTORI ISKOLA. Napkollektorok üzemi jellemzőinek modellezése

Hely és elmozdulás - meghatározás távolságméréssel

Variancia-analízis (ANOVA) Mekkora a tévedés esélye? A tévedés esélye Miért nem csinálunk kétmintás t-próbákat?

Egyenáramú szervomotor modellezése

Termodinamika. Belső energia

Az elektromos kölcsönhatás

1. feladatsor: Vektorterek, lineáris kombináció, mátrixok, determináns (megoldás)

11. előadás PIACI KERESLET (2)

Kolloid rendszerek definíciója, osztályozása, jellemzése. Molekuláris kölcsönhatások. Határfelüleleti jelenségek (fluid határfelületek)

Fluidum-kőzet kölcsönhatás: megváltozik a kőzet és a fluidum összetétele és új egyensúlyi ásványparagenezis jön létre Székyné Fux V k álimetaszo

Hatvány gyök logaritmus

ADATREDUKCIÓ I. Középértékek

Általános Kémia GY, 2. tantermi gyakorlat

Az egyszerűsítés utáni alak:

8. Programozási tételek felsoroló típusokra

(1 + (y ) 2 = f(x). Határozzuk meg a rúd alakját, ha a nyomaték eloszlás. (y ) 2 + 2yy = 0,

Másodfokú egyenletek, egyenlőtlenségek

Kidolgozott feladatok a nemparaméteres statisztika témaköréből

Fizika feladatok. 1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből november 28. Hővezetés, hőterjedés sugárzással. Ideális gázok állapotegyenlete

Fuzzy rendszerek. A fuzzy halmaz és a fuzzy logika

REGIONÁLIS GAZDASÁGTAN

Halmazállapot-változások vizsgálata ( )

Általános esetben az atomok (vagy molekulák) nem függetlenek, közöttük erős

Relációk. Vázlat. Példák direkt szorzatra

Reakciókinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

Vázlat. Relációk. Példák direkt szorzatra

A sokaság/minta eloszlásának jellemzése

Modern Fizika Labor. 11. Spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: dec. 16. A mérés száma és címe: Értékelés: A beadás dátuma: dec. 21.

Egyenletek, egyenletrendszerek, egyenlőtlenségek Megoldások

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

Biostatisztika e-book Dr. Dinya Elek

Minősítéses mérőrendszerek képességvizsgálata

A hő terjedése szilárd test belsejében szakaszos tüzelés esetén

Gőz-folyadék egyensúly

Gyakorló feladatok a Kísérletek tervezése és értékelése c. tárgyból Lineáris regresszió, ismétlés nélküli mérések

IV. INTEGRÁLSZÁMÍTÁS Megoldások november

Philosophiae Doctores. A sorozatban megjelent kötetek listája a kötet végén található

Átírás:

A Ga-B OLVADÉK TRMODINAMIKAI OPTIMALIZÁLÁSA Végh Ádám, Mekler Csaba, Dr. Kaptay György, Mskolc gyetem, Khelyezett Nanotechnológa tanszék, Mskolc-3, gyetemváros, Hungary Bay Zoltán Közhasznú Nonproft kft., BAY-LOGI Mskolc-3, Igló út. Hungary Absztrakt Célunk, hogy smertessük a monotektkus rendszerekben tapasztalható keverhetetlenség területek termodnamka modellezésének alapat és mért adatok alapán optmalzáluk a Gaolvadék többlet Gbbs energa koncentrácó- és hőmérséklet függését. Bevezetés A kétalkotós monotektkus rendszerek olyan ötvözetek, melyekben a két alkotó folyékony halmazállapotban s korlátozottan olda egymást az ún. krtkus hőmérséklet alatt [-]. A kshőmérsékletű korlátozott oldódás fő oka az, hogy a komponensek taszíták egymást, míg a nagyhőmérsékletű teles oldhatóság oka a konfgurácós entrópa mndent összekevern próbáló hatása. A monotektkus rendszerek keverhetetlenség területe leírhatóak az ún. Calphad módszerrel (lásd [-3]). nnek alapat mutatuk be e ckk eleén, mad a módszert alkalmazzuk a Ga-B rendszerre. z a választás azért különösen ndokolt, mert a Ga-B rendszerre vonatkozó rodalm adatok [4] nem képesek reprodukáln a mért értékeket []. A keverhetetlenség terület modellezésének alapa Vzsgálunk egy kétkomponensű, A-B rendszert, am két, egymással egyensúlyban álló folyadékból áll (-es és -es folyadék). Ha a fázsok makroszkopkus méretűek (egyk méretük se ksebb 00 nm-nél), ha a külső nyomás 00 bar-nál ksebb, és ha a különböző erőterek hatását elhanyagoluk, akkor az egyensúlyt két független állapothatározó foga meghatározn: az abszolút hőmérséklet (T, K) és az A komponens átlagos móltörte (x, dmenzómentes). Az egymással egyensúlyt tartó két folyadék azok összetételevel ellemezhetőek: x a két folyadék egyensúly móltörte az A komponensre nézve. A feladat e két móltörtet leírn a hőmérséklet függvényében. A feladat matematkalag zárt, mvel adott hőmérsékleten a két smeretlenhez két, egymástól független egyenlet tartozk (a heterogén egyensúly feltétele [-3]): GA( x ) GA( x) (.) GB ( x ) GB ( x) (.)

ahol G x ) az X komponens (X = A vagy B) parcáls Gbbs energáa (J/mol) az A-B X ( fémolvadék x összetételénél ( = vagy ), adott hőmérsékleten. zek a mennységek a következő képletekkel írhatóak le [-3]: ahol R = 8.34 J/molK, a gázállandó, G G A( A A o B ( x ) GB R T ln( x ) GB ( x o x ) G R T ln x G ( x ) (3.) ) (4.) G az X komponens standard Gbbs energáa o X folyékony halmazállapotban adott hőmérsékleten (J/mol), G x X ) az X komponens parcáls többlet Gbbs energáa a folyékony oldat x összetételénél és adott hőmérsékleten (J/mol), amt a következő egyenletekkel írhatunk le [3]: L0 L 4x L 8x x G A ( x ) ( x ) 3 L3 x 36x 3x 3 4 L4 6x 7x 8x 80x 3 4 L x 0x 360x 400x 9x (.) L0 L 3 4x L 6x x G B ( x ) x 3 L3 7 36x 60x 3x 3 4 L4 9 64x 68x 9x 80x 3 4 L 00x 400x 680x 60x 9x (6.) ahol L ( = 0 ) a folyékony ötvözet kölcsönhatás energá, melyek a termodnamka IV. főtételével [6] összhangban következő alakban írhatóak fel [7]: L ( h exp T / (7.) ahol a h (J/mol) a 0 K-re extrapolált kölcsönhatás energa, az a specáls hőmérséklet (K), ahol L elmetszené a zérus értéket (ellentmondva a IV. főtétellel), ha azt a közepes hőmérsékletekről hbásan lneársan extrapolálnánk a nagyobb hőmérsékletek felé. Amennyben smert az L kölcsönhatás energák hőmérsékletfüggése egy adott A-B rendszerre, a (3-7) egyenleteknek az (-) egyenletekbe való helyettesítése után mnden adott hőmérsékleten numerkusan kszámítható a keresett x egyensúly koncentrácók értéke. nnek az algortmusnak adott paraméterek mellett egy adott T kr (krtkus) hőmérsékleten x x típusú megoldása van, ennél alacsonyabb hőmérsékleten a megoldás x x ellegű, míg ennél nagyobb hőmérsékleten nncs megoldás. Ha több hőmérsékleten végezzük el a számítást, az adatokból megszerkeszthetővé válk az adott A-B rendszer keverhetetlenség területe.

A Ga-B olvadékkal kapcsolatos ma termodnamka tudásunk Az rodalomban egy olyan ckket találtunk, amelyben (ha nem s a IV. főtétellel összhangban), de legalább valamlyen adatokat közölnek a Ga-B fémolvadék kölcsönhatás energának hőmérsékletfüggésére (lásd. táblázat). Az. táblázatban megadott kölcsönhatás energa képletekkel elvégezve a fent számítást értékelhető eredményt sanos nem kaptunk, és különösen nem tudtuk reprodukáln a kísérlet adatokat []. zért íródott ez a ckk, hszen ematt szükségessé vált a Ga-B fémolvadék kölcsönhatás energának úraoptmalzálása.. táblázat: A olvadékfázsú Ga-B rendszer kölcsönhatás energá [4] (J/mol) (habár ezen adatoknál [4] ckk a [8] ckkre hvatkozk, ott egyáltalán nncs lyen adat) L 0 80000-3389 + T L -4648,434T L -037 4,7T L 3-4339,3 L 4 63 9,4T L -364 A Ga-B olvadék kölcsönhatás energának optmalzálása bben a ckkben optmalzálás alatt azt értük, hogy keressük a (7) egyenlet paraméter értékenek azon kombnácóát, am a fent algortmussal való számítás után a lehető legobban megközelít a mért eredményeket. mért eredmények pedg az x egyensúly koncentrácók értéke, a hőmérséklet függvényében (lásd. táblázat). Mnt a. táblázatból következk, a krtkus hőmérséklet 36 K körül, amhez 30 mol% B tartozk, tehát a keverhetetlenség terület erősen aszmmetrkus (0 mol%-nál lenne szmmetrkus).. táblázat: A keverhetetlenség terület mért koordnátá, a B móltörtében [] T, K x x 49 0,087 0,64 498 0,090 0,60 0 0,09 0,90 09 0,07 0,6 0,0 0,38 7 0, 0,30 0,40 0,00 7 0,6 0,48 30 0,88 0,4 3 0,0 0,396 3 0,0 0,3 36 0,300 0,300 A. táblázat adata a valós értékek körül szórnak, ezért ezeket nem prméren, hanem egy smító polnomos függvényen keresztül használtuk az optmalzácó során. A smító függvényt a legksebb négyzetek módszerével határoztuk meg, annak paraméteret a 3. táblázatban közölük, míg képlete: ahol x a B móltörte a fémolvadékban. 7 k T a k x (8.) k0

3. táblázat: A. táblázat adatara legobban lleszkedő (8) egyenlettel leírt polnom együttható a 0 86,8749 a 4 667,9333 a 499,6749 a 79,97 a -44633,07 a 6-030394,8 a 3 443,8 a 7 389,770 A smító függvényt az. ábrán hasonlítuk össze a mért pontokkal. Mnt látuk, a smító függvény ól íra le a mért pontokat.. ábra: A Ga-B rendszer keverhetetlenség területe a mért pontokkal [] és a (8) egyenlettel, lletve a 3. táblázattal számolt smított adatokkal (vonal) bben a ckkben az optmalzálás során az (-) egyenletek hbát használtuk fel, azaz az optmalzálandó függvények: f ( L N) GA( x ) GA( x) 0 (9.) f ( L N) GB ( x ) GB ( x) 0 (0.) Az optmalzálás során a T = 49 36 K ntervallumot egyenlő szakaszokra bontottuk és a (8) egyenlettel határoztuk meg 0 különböző hőmérsékleten érvényes mért, smított x értékeket. zeket az értékeket helyettesítettük az (-7, 9-0) egyenletekbe, és kerestük azt a paraméter-kombnácót, amre telesül, hogy a (9-0) egyenletekkel számolt hbák négyzetösszege mnmáls. Az egyszerűség kedvéért ebben a ckkben nem a (7), hanem a következő egyenletet használtuk, amelyben az összes L kölcsönhatás energához egy és ugyanaz a érték tartozk:

L h exp T / (7a.) Úgy találtuk, hogy optmáls értéke 486,9 K. Az ehhez tartozó h értékeket a 4. táblázatban foglaluk össze. A 4. táblázatban közölt képleteket behelyettesítve az (-6) egyenletekbe a keverhetetlenség vonalat numerkusan határoztuk meg. Az így számolt értékeket a mért értékekkel a. ábrán hasonlítuk össze. Láthatuk, hogy a számolt és mért értékek raconáls egyezést mutatnak. 4. táblázat: Az úraoptmalzált kölcsönhatás energák függvénye (J/mol) L 0 8367*exp(-T/486,9) L 386*exp( T/486,9) L -737,9*exp( T/486,9) 79*exp( T/486,9) L 3. ábra: A kísérletleg mért adatok (kék pontok) [] és a termodnamka optmalzácó eredményeként számított eredmény (pros vonal) összehasonlítása a Ga-B rendszerre (a számításhoz a 4. táblázat adatat használtuk az (-6) egyenletekkel). Összegzés A ckkben smertettük a monotektkus rendszerekben tapasztalható keverhetetlenség területek termodnamka modellezésének alapat és mért adatok alapán optmalzáltuk a Gaolvadék többlet Gbbs energa koncentrácó- és hőmérséklet függését.

Köszönetnylvánítás A kutatást az OTKA K078 számú proekt és a TÁMOP-4...B-0//KONV-00-000 számú proekt támogatta, az urópa Unó és az urópa Szocáls Alap segítségével. Irodalomegyzék [] Roósz A.: Fémtan I. Raszter Nyomda, 0. [] Kaptay Gy.: Anyagegyensúlyok (makro-, mkro- és nanoméretű rendszerekben) - Raszter Nyomda, 0. [3] Mekler Csaba, Monotektkus rendszerek vzsgálata- A térfogat és felület fázsátalakulások modellezése, dplomamunka, (008). [4] Patrck Huber, Oleg Shpyrko, Peter Pershan, Ben Ocko, lane DMas, Moshe Deutsch: Mcroscopc Vew on Short-Range Wettng at the Free Surface of the Bnary Metallc Lqud Gallum-Bsmuth: An X-ray Reflectvty and Square Gradent Theory Study. Physcal Revew B Vol. 79 I: 4 Jun 009. [] B. Predel: De Zustandsblder Gallum Wsmut und Gallum Queckslber, Verglech der Koexstenzkurven mt den Theoren der ntmschung - Z. f. Phys. Cheme Neue Folge, 960, vol.4, p.06-6. [6] G.Kaptay: On the tendency of solutons to tend toward deal solutons at hgh temperatures Metall Mater Trans A, 0, vol.43, pp. 3-43. [7] G.Kaptay: A new equaton for the temperature dependence of the excess Gbbs energy of soluton phases Calphad, 004, vol.8, pp.-4. [8] U.R. Kattner: The thermodynamc modelng of multcomponent phase equlbra, JOM, 997, vol.49, No., pp.4-9.