«Επί πτυχίω» εξέταση στο μάθημα «Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών ΙΙ»-Ιανουάριος 2018

Σχετικά έγγραφα
Γραπτή εξέταση «Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών ΙI»-Σεπτέμβριος 2016

Θέμα 1 ο (30 μονάδες)

Γραπτή εξέταση προόδου «Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών ΙΙ»-Απρίλιος 2016

Γραπτή «επί πτυχίω» εξέταση «Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών ΙΙ»-Ιανουάριος 2017

Γραπτή εξέταση προόδου «Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών ΙΙ»-Απρίλιος 2017

Γραπτή εξέταση «Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών Ι»-Σεπτέμβριος 2016

Γραπτή «επί πτυχίω» εξέταση «Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών Ι»-Ιούνιος 2016

Τελική γραπτή εξέταση «Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών ΙΙ»-Ιούνιος 2016

Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών στις Διεργασίες και Τεχνολογία Προηγμένων Υλικών ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ B ΕΞΑΜΗΝΟΥ ( )

Γραπτή εξέταση προόδου «Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών Ι»-Νοέμβριος 2015

Γραπτή εξέταση προόδου στο μάθημα «Επιστήμη & Τεχνολογία Υλικών Ι»-Ιανουάριος 2018

Γραπτή εξέταση προόδου «Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών Ι»-Νοέμβριος 2016

Αγωγιμότητα στα μέταλλα

Αγωγιμότητα στα μέταλλα

Η Φυσική των ζωντανών Οργανισμών (10 μονάδες)

Ανάλυση: όπου, με αντικατάσταση των δεδομένων, οι ζητούμενες απώλειες είναι: o C. 4400W ή 4.4kW 0.30m Συζήτηση: ka ka ka dx x L

2.1 Παραμορφώσεις ανομοιόμορφων ράβδων

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΕΜΒΑΘΥΝΣΗΣ

Γραπτή «επί πτυχίω» εξέταση στο μάθημα «Επιστήμη & Τεχνολογία Υλικών Ι»-Ιούνιος 2017

Επιστήμη των Υλικών. Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Τμήμα Φυσικής

ΣΧΟΛΕΙΟ:. Μαθητές/τριες που συμμετέχουν:

Γραπτή εξέταση προόδου στο μάθημα «Επιστήμη & Τεχνολογία Υλικών Ι»-Νοέμβριος 2017

ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΟ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Α ΛΥΚΕΙΟΥ

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ Θετ.- τεχ. κατεύθυνσης

ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΜΑΘΗΜΑ: ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΡΕΥΣΤΩΝ

ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ Ι ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ ΚΑΙ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ-ΤΟΜΕΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΡΕΥΣΤΩΝ Ι. κ. ΣΟΦΙΑΛΙΔΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ

Επιστήμη των Υλικών. Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Τμήμα Φυσικής

Παραδείγµατα ροής ρευστών (Moody κλπ.)

AΛΥΤΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΑΥΤΟΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

ΣΥΝΕΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΑΞΟΝΙΚΟΣ ΕΦΕΛΚΥΣΜΟΣ, ΘΛΙΨΗ

ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 28/01/2013

ΣΤΗΝ ΒΑΣΙΚΗ ΤΟΥΣ ΕΚΔΟΣΗ

5η Εργασία στο Μάθημα Γενική Φυσική ΙΙΙ - Τμήμα Τ1. Ασκήσεις 5 ου Κεφαλαίου

Τελική γραπτή εξέταση «Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών Ι»-Ιανουάριος 2017

Όργανα μέτρησης διαστάσεων-μάζας. Υπολογισμός πυκνότητας μεταλλικών σωμάτων

1o ΘΕΜΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Ορθή πόλωση της επαφής p n

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ-ΤΟΜΕΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ

Ένωση Ελλήνων Φυσικών ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΦΥΣΙΚΗΣ 2011 Πανεπιστήμιο Αθηνών Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών, Τεχνολογίας, Περιβάλλοντος.

ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ. σε χρόνο t = 1,6 min, η εσωτερική αντίσταση της πηγής είναι 2 Ω και ο λαμπτήρας λειτουργεί κανονικά. Nα υπολογίσετε : Δ 3.

Σχεδίαση Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων Ασκήσεις Μικροηλεκτρονικής

Ηλεκτρικό ρεύμα Αντίσταση - ΗΕΔ. Ηλεκτρικό ρεύμα Ένταση ηλεκτρικού ρεύματος Αντίσταση Ειδική αντίσταση Νόμος του Ohm Γραμμικοί μή γραμμικοί αγωγοί

4. Παρατηρείστε το ίχνος ενός ηλεκτρονίου (click here to select an electron

Ανάστροφη πόλωση της επαφής p n

2 Μετάδοση θερμότητας με εξαναγκασμένη μεταφορά

Φυσική Γ Γυμνασίου - Κεφάλαιο 2: Ηλεκτρικό Ρεύμα - Μέρος 2 ο. Βασίλης Γαργανουράκης Φυσική Γ Γυμνασίου

[6] Να επαληθευθεί η εξίσωση του Euler για (i) ιδανικό αέριο, (ii) πραγματικό αέριο

ΘΕΜΑΤΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΥ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

Φυσική ΙΙΙ. Ενότητα 4: Ηλεκτρικά Κυκλώματα. Γεώργιος Βούλγαρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΛΟΥΜΙΝΙΟΥ (ΕΝΑΕΡΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΦΟΡΑ ΣΥΡΜΑΤΑ)

Έλεγχος Ποιότητας και Τεχνολογία Δομικών Υλικών

3. Τριβή στα ρευστά. Ερωτήσεις Θεωρίας

ηλεκτρικό ρεύμα ampere

12. Εάν ένα κομμάτι ημιαγωγού τύπου n και ένα κομμάτι ΟΧΙ

ΣΥΝΕΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ

Εργαστήριο Τεχνολογίας Υλικών

α. 0 β. mωr/2 γ. mωr δ. 2mωR (Μονάδες 5) γ) στην ισόθερμη εκτόνωση δ) στην ισόχωρη ψύξη (Μονάδες 5)

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΊ ΙΣΧΥΡΟΠΟΊΗΣΗΣ ΤΩΝ ΜΕΤΆΛΛΩΝ

ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ (ΚΥΚΛΟΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ & ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ) 2010 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ 1999

Ανάστροφη πόλωση της επαφής p n

Ορμή και Δυνάμεις. Θεώρημα Ώθησης Ορμής

ΑΣΚΗΣΗ ΜΕΤΑ ΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΣΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΤΟΙΧΩΜΑΤΑ

Συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα (1) 2 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ

Βρέντζου Τίνα Φυσικός Μεταπτυχιακός τίτλος: «Σπουδές στην εκπαίδευση» ΜEd stvrentzou@gmail.com

ΣΧΟΛΗ ΕΜΦΕ ΤΟΜΕΑΣ ΦΥΣΙΚΗΣ Ηµιαγωγοί και Ηµιαγώγιµες οµές (7 ο Εξάµηνο Σπουδών)

Πανελλήνιος Μαθητικός Διαγωνισμός για την επιλογή στη 13η Ευρωπαϊκή Ολυμπιάδα Επιστημών - EUSO 2015 Σάββατο 07 Φεβρουαρίου 2015 ΦΥΣΙΚΗ

ÖÑÏÍÔÉÓÔÇÑÉÏ ÊÏÑÕÖÇ ÓÅÑÑÅÓ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (ΚΥΚΛΟΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ & ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ) 28 ΜΑΪΟΥ 2010 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΑΠΟ ΤΟΥΣ ΟΠΟΙΟΥΣ ΕΞΑΡΤΑΤΑΙ Η ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΕΝΟΣ ΑΝΤΙΣΤΑΤΗ ΜΕΤΡΗΣΗ ΕΙΔΙΚΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ

1 η ΑΣΚΗΣΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΣΕ ΑΠΛΟ ΤΟΙΧΩΜΑ

ηλεκτρικό ρεύµα ampere

Επεξεργαςία πειραματικών δεδομζνων

Ένωση Ελλήνων Φυσικών ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΦΥΣΙΚΗΣ 2012 Πανεπιστήμιο Αθηνών Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών, Τεχνολογίας, Περιβάλλοντος B Λυκείου

EΡΓΟ-ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ-ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

Πόλωση των Τρανζίστορ

Θερμοκρασία - Θερμότητα. (Θερμοκρασία / Θερμική διαστολή / Ποσότητα θερμότητας / Θερμοχωρητικότητα / Θερμιδομετρία / Αλλαγή φάσης)

δακτυλίου ανοίγματος 1.8 mm και διαμέτρου 254 mm. Ποιος είναι ο ρυθμός διατμητικής παραμόρφωσης στα τοιχώματα

Κεφάλαιο Η5. Ρεύμα και αντίσταση

Στο διπλανό σχήμα το έμβολο έχει βάρος Β, διατομή Α και ισορροπεί. Η δύναμη που ασκείται από το υγρό στο έμβολο είναι

ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ I

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΟΡΜΗΣ ΡΕΟΛΟΓΙΑ. (συνέχεια) Περιστροφικά ιξωδόμετρα μεγάλου διάκενου.

ΠΡΩΤΟΓΕΝΗ & ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΗ ΔΟΣΙΜΕΤΡΑ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΚΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΣΤΕΡΕΑΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ. Περιληπτική θεωρητική εισαγωγή

ΕΡΓΑΣΙΑ ΧΡΙΣΤΟΥΓΕΝΝΩΝ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ 25/12/2016. Νόμος του Coulomb q1 q2 F K. C 8,85 10 N m Ένταση πεδίου Coulomb σε σημείο του Α

6. Να βρεθεί ο λόγος των αντιστάσεων δύο χάλκινων συρμάτων της ίδιας μάζας που το ένα έχει διπλάσια ακτίνα από το άλλο.

Ακαδημαϊκό έτος ΜΕΡΟΣ Α : ΘΕΩΡΙΑ/ΕΡΩΤΗΜΑΤΑ Τελική Εξέταση ΦΥΕ22 ΒΑΡΥΤΗΤΑ: 30%

1. Ρεύμα επιπρόσθετα

1 Η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΧΑΛΥΒΕΣ

ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΛΥΜΕΝΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΙΙ

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ. Σχήμα 1 Σχήμα 2 Σχήμα 3

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΕΝΟ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΚΥΡΙΑΚΗ 10 ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΥ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ - B ΛΥΚΕΙΟΥ

3 Μετάδοση Θερμότητας με Φυσική Μεταφορά και με Ακτινοβολία

5 Μετρητές παροχής. 5.1Εισαγωγή

Θέµατα προηγούµενων εξεταστικών περιόδων. 1 ο Θέµα Ιανουαρίου 2005

Δύναμη - Παραμόρφωση

Transcript:

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ-ΤΟΜΕΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ ΘΕΜΑ 1 (25 μονάδες) (Καθ. Β.Ζασπάλης) Σε μια φυσική διεργασία αέριο υδρογόνο διαχέεται μέσα από BCC Σίδηρο σε μόνιμη κατάσταση. H συγκέντρωση του Υδρογόνου C H στην επιφάνεια του Σιδήρου (σε wt. %) συναρτήσει της πίεσης του Υδρογόνου δίνεται από τη σχέση: C H (wt. %) = 1.34 10 2 P H2 exp ( 3273.16 ) T όπου στην παραπάνω σχέση P H2 είναι η πίεση του Υδρογόνου σε ΜPa και Τ η θερμοκρασία της διεργασίας σε Κ. Η συγκεκριμένη διεργασία λαμβάνει χώρα στους 250 ο C. Για τη διάχυση του Υδρογόνου μέσα από ΒCC Σίδηρο η προεκθετική σταθερά είναι D 0 = 1.4 10 7 m 2 s 1 και η ενέργεια Q d = 13.4 kj mol 1 Nα υπολογισθεί πόσα mol Υδρογόνου μεταφέρονται (διαχέονται) σε μία ώρα από την περιοχή υψηλής πίεσης στην περιοχή χαμηλής πίεσης από την εξωτερική επιφάνεια αγωγού, εξωτερικής διαμέτρου 20 cm, μήκους 5 μέτρων και πάχους τοιχώματος 2 mm, όταν η εσωτερική πίεση του Υδρογόνου είναι 200 atm και η εσωτερική 5 atm. Aπάντηση Ο ρυθμός διάχυσης του Υδρογόνου (J H2 ( kg )) μπορεί προφανώς να υπολογισθεί από τον m 2 s πρώτο νόμο Fick J = D ΔC H Δx πρώτου νόμου του Fick.. Κατά συνέπεια θα πρέπει να προβούμε σε εφαρμογή του H συγκέντρωση του Υδρογόνου στην εσωτερική επιφάνεια (πίεσης 200 atm) του αγωγού βρίσκεται από εφαρμογή της σχέσης της εκφώνησης: C H (wt. %) = 1.34 10 2 200 101325 10 6 exp ( 3273.16 523 ) = 1.15 10 4 wt. % Oμοίως η συγκέντρωση του Υδρογόνου στην εξωτερική επιφάνεια (πίεσης 5 atm) του αγωγού είναι: C H (wt. %) = 1.34 10 2 5 101325 10 6 exp ( 3273.16 523 ) = 1.83 10 5 wt. % Οι παραπάνω συγκεντρώσεις είναι σε wt.% και δεν μπορούν να αντικατασταθούν στον πρώτο νόμο του Fick. Για να γίνει αυτό θα πρέπει να μετατραπούν σε kg/m 3. Για την εσωτερική επιφάνεια σε 100 g υλικού έχουμε 1.15 x 10-4 g (ή 0.115 mg ή 1.15 x 10-7 kg) Υδρογόνου. Πρακτικά έχουμε μόνο BCC Σίδηρο. H πυκνότητα του ΒCC Σιδήρου μπορεί κάποιος είτε να την υπολογίσει από την ατομική ακτίνα του Σιδήρου και τη δομή του, ή να την πάρει έτοιμη από το Παράδειγμα 3.6 (Σελ. 111) του πρώτου τόμου του συγγράμματος, ρ Fe = 7.88 g cm 3. Συνεπώς τα 100 g, πρακτικά καθαρού Σιδήρου έχουν όγκο: V = 12.7 10 6 m 3 100 g g 7.88 cm 3 = 12.7 cm 3 =

H συγκέντρωση λοιπόν του Υδρογόνου στην εσωτερική επιφάνεια είναι: C H,in = 1.15 10 7 kg kg 12.7 10 6 = 9 10 3 m3 m 3 Mε τελείως ανάλογο τρόπο προσδιορίζουμε πως η συγκέντρωση του Υδρογόνου στην εξωτερική επιφάνεια του αγωγού θα είναι: C H,in = 1.83 10 8 kg kg 12.7 10 6 = 1.4 10 3 m3 m 3 O συντελεστής διάχυσης του Υδρογόνου στον BCC Σίδηρο στη θερμοκρασία της διεργασίας βρίσκεται από τη γνωστή σχέση: D = D 0 e ( Q RT ) = 1.4 10 7 e J 13400 ( mol J 8.31 mol K 523K) = 6.41 10 9 m2 Άρα μπορούμε τώρα να εφαρμόσουμε τον πρώτο νόμο του Fick και για τον ρυθμό διάχυσης να υπολογίσουμε: J = D ΔC kg H m2 (9 1.4) 10 3 = 6.41 10 9 Δx s m 3 kg 8 2 10 3 = 2.4 10 m m 2 s H συνολική εξωτερική επιφάνεια του αγωγού μήκους 5 m είναι: Α = 2πRL = 2π 0.1 m 5 m = π = 3.14 m 2 Kατά συνέπεια η συνολική ποσότητα Υδρογόνου που διαχέεται σε μία ώρα θα είναι: J = F F = JAt = 2.4 kg 10 8 At m 2 s 3.14 m2 3600 ή τελικά 0.27 g 1 mol 2 g = 0.135 mol Υδρογόνου s s 1000 g = 0.27 g Υδρ. hr kg

ΘΕΜΑ 2 (45 μονάδες) Ο αγωγός για τη διεργασία που περιγράφεται στο Θέμα 1 πρέπει να κατασκευαστεί. Στην αποθήκη διατίθενται φύλλα με διάφορα πάχη από υλικό ΒCC Σιδήρου τα αποτελέσματα δοκιμής εφελκυσμού του οποίου δίνονται στην Εικόνα Ι. Η μηχανική εφελκυστική τάση που αναπτύσσεται στο υλικό του αγωγού στις συνθήκες της διεργασίας δίνεται από τη σχέση: ΔP σ = R όπου R (m) η εξωτερική 4 Δx ακτίνα του αγωγού, ΔP (Pa) η διαφορά πίεσης και Δx (m) το πάχος τοιχώματος. Ι) Ποιος θα είναι ο συντελεστής ασφαλείας της κατασκευής εάν χρησιμοποιηθούν φύλλα πάχους 2mm από το υλικό της αποθήκης; Θεωρείτε υπεύθυνη την κατασκευή του αγωγού από το υλικό της αποθήκης; (15 μονάδες) ΙΙ) Ως μηχανικός της κατασκευής αποφασίζετε (με το υλικό που διαθέτετε) να δημιουργήσετε κατασκευή με συντελεστή ασφαλείας 2.5 αυξάνοντας το πάχος τοιχώματος. Τι πάχος θα πρέπει να έχει ο αγωγός και πόση θα είναι η μείωση στην παροχή του υδρογόνου; (15 μονάδες) ΙΙΙ) Η μείωση της παροχής θεωρείται ασύμφορη και προτιμάτε να προσφύγετε στην ενίσχυση του υλικού με ψυχρηλασία. Η συμπεριφορά του συγκεκριμένου υλικού σε ψυχρηλασία δίνεται στην Εικόνα ΙΙ. Ποιο θα είναι το αρχικό πάχος φύλλου που θα επιλέξετε ώστε μέσω ψυχρηλασίας να πετύχετε φύλλο πάχους 2mm και η κατασκευή να έχει συντελεστή ασφαλείας 2.5? (15 μονάδες) Σ.Σ.: Θεωρείστε πως η άνοδος της θερμοκρασίας στους 250 ο C επιφέρει μια πτώση στην αντοχή διαρροής της τάξης του 10%. Θεωρούμε επίσης πως ο συντελεστής διάχυσης είναι ανεξάρτητος της ψυχρηλασίας. Απάντηση Ι) Η τάση που αναπτύσσεται στο υλικό του αγωγού στις συνθήκες της διεργασίας είναι: σ = R 4 ΔP Δx 247 MPa 10 10 2 = 4 (200 5)atm 101325 Pa atm 2 10 3 m H αντοχή διαρροής του διαθέσιμου υλικού, όπως φαίνεται από την Εικόνα Ι είναι περίπου 260 MPa και με μια πτώση 10% λόγω της

ανόδου της θερμοκρασίας θα είναι ~234 ΜPa. Διαπιστώνουμε πως ο συντελεστής ασφαλείας θα είναι: σ w = σ y N = σ y = 234 0.95 < 1!! N σ w 247 που σημαίνει πως το υλικό σε συνθήκες λειτουργίας θα παραμορφωθεί πλαστικά και η κατασκευή δεν θεωρείται καθόλου ασφαλής. Σημείωση: Στο διάγραμμα τάσης-παραμόρφωσης της Εικόνας, εκ παραδρομής, οι τιμές του άξονα των x είναι κατά έναν παράγοντα 10 μεγαλύτερες από αυτές που θα έπρεπε να είναι. Κατά συνέπεια αντοχές διαρροής που εκτιμήθηκαν είτε με 0.02 είτε με 0.002 είτε με οπτική προσέγγιση του τέλους της γραμμικής (ελαστικής) περιοχής, θα θεωρηθούν σωστές. ΙΙ) Για να υπάρχει συντελεστής ασφαλείας 2.5 με το συγκεκριμένο υλικό θα πρέπει η τάση εργασίας (δηλαδή η πραγματική τάση που αναπτύσσεται στο υλικό) να είναι: σ w = σ y N = 234 = 93.6 ΜPa 2.5 Aυτό σημαίνει πως το πάχος του τοιχώματος του σωλήνα θα πρέπει να γίνει: σ = R 4 Eφόσον l 2 ΔP R ΔP Δx = Δx 4 σ 5.3 mm = l 1 2 mm Pa 0.1 m (200 5)atm 101325 = atm 4 93.6 10 6 = 0.0053 m = 5.3 mm Pa = 2.65 η νέα παροχή (η οποία είναι αντιστρόφως ανάλογη του πάχους τοιχώματος) θα είναι 2.65 φορές μικρότερη ΙΙΙ) Η τάση που αναπτύσσεται σε υλικό πάχους τοιχώματος 2 mm υπολογίσθηκε πως είναι 247 ΜPa. Για να υπάρχει συντελεστής ασφαλείας 2.5 θα πρέπει η αντοχή διαρροής του υλικού (σε συνθήκες λειτουργίας) να είναι 247x2.5=617.5 MPa. Δεδομένου ότι θα υπάρξει και πτώση 10% λόγω θερμοκρασίας θα πρέπει η τάση διαρροής του ψυχρηλατημένου υλικού σε θερμοκρασία περιβάλλοντος να είναι ~686 ΜPa. Από τα δεδομένα της Εικόνας ΙΙ διαπιστώνουμε πως απαιτείται ένα ποσοστό ψυχρηλασίας της τάξης του 30%. Από τον ορισμό του συντελεστή ψυχρηλασίας το αρχικό φύλλο πάχους l και πλάτους m θα πρέπει να δώσει μετά την ψυχρηλασία φύλλο πάχους 2mm και πλάτους επίσης m. Κατά συνέπεια θα έχουμε: %CW = A 0 A d 100 = l 2 A 0 l 100 l 2 l = 0.3 l 2 = 0.3l l = 2.86 mm Συνεπώς φύλλο πάχους π.χ. 3mm με ψυχρηλασία στα 2mm (δηλαδή πάνω από 30%) θα δώσει υλικό με το επιθυμητό πάχος και την επιθυμητή αντοχή ώστε ο συντελεστής ασφαλείας να είναι 2.5 (ή και κάτι περισσότερο).

ΘΕΜΑ 3 (20 Μονάδες) Από τα δεδομένα του παρακάτω πίνακα να υπολογίσετε το ρεύμα που θα διαρρέει μια κυλινδρική ράβδο Αλουμινίου μήκους 10cm και επιφάνειας διατομής 1cm 2 όταν στα άκρα της επιβληθεί τάση 2V στους 50 ο C Υλικό Ειδική Αντίσταση ρ, (Ω m) Al + 3.32% Cu στους -150 ο C 4.34 x 10-8 Al + 3.32% Cu στους -50 ο C 5.10 x 10-8 Al στους 0 ο C 1.64 x 10-8 Aπάντηση Η ένταση του ρεύματος στο κύκλωμα θα δίνεται προφανώς από τη σχέση Ι = V και για τον R υπολογισμό του θα πρέπει να υπολογισθεί η αντίσταση R της ράβδου Αλουμινίου. Για τον υπολογισμό όμως του R απαιτείται η γνώση της ειδικής αντίστασης του Αλουμινίου στους 50 ο C ώστε στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί η σχέση R = ρ l S Συνεπώς το πρόβλημα ανάγεται στον υπολογισμό της ειδικής αντίστασης του Αλουμινίου στους 50 ο C. Aπό τα δεδομένα του Πίνακα διαφαίνεται πως γνωρίζουμε για το ίδιο επίπεδο πρόσμιξης την ειδική αντίσταση του Αλουμινίου σε δύο θερμοκρασίες οι οποίες θα συνδέονται μεταξύ τους με τη γραμμική σχέση ρ = ρ 0 + ατ. Οπότε: 4.34 10 8 = ρ 0 + α( 150) 5.10 10 8 = ρ 0 + α( 50) Η κλίση της ευθείας α υπολογίζεται εύκολα αφαιρώντας κατά μέλη: (4.34 10 8 5.10 10 8 ) = 150α + 50α α = (4.34 10 8 5.10 10 8 ) 100 Ω m 11 = 7.6 10 C Προφανώς η ίδια κλίση θα συνδέει και τις ειδικές αντιστάσεις του καθαρού υλικού στη δεδομένη θερμοκρασία των 0 ο C και στη ζητούμενη των 50 ο C. Για το δεδομένο των 0 ο C έχουμε: 1.64 10 8 = ρ 0 + 7.6 10 11 0 ρ 0 = 1.64 10 8 Mε γνωστά τα ρ 0 και α μπορούμε τώρα να υπολογίσουμε την ειδική αντίσταση του υλικού στους 50 ο C: ρ = 1.64 10 8 + (7.6 10 11 50) ρ 2.0 Ω m Άρα η αντίσταση R του δοκιμίου είναι: R = ρ l 0.1 m = 2.0 Ω m S 1 10 4 = 2000 Ω m2 και το ρεύμα που διαρρέει το δοκίμιο είναι: Ι = V R = 2 2000 = 0.001 Α = 1mΑ (Για την σχηματική κατανόηση των σχέσεων που συνδέουν τις διάφορες αντιστάσεις μπορεί να γίνει αναφορά στην Εικόνα 18.14 (σελ. 185) του συγγράμματος, Τόμος Β)

ΘΕΜΑ 4 (20 Μονάδες) Θεωρώντας πως η ευκινησία των οπών είναι μ h=0.039 m 2 V -1 s -1, και πως όλα τα άτομα του δέκτη είναι ιονισμένα να υπολογισθεί η ειδική αγωγιμότητα του υλικού που θα προκύψει αν σε 100 mol καθαρού Πυριτίου προσθέσουμε 0.16 mmol δέκτη Αλουμίνιο (η θεωρητική πυκνότητα του Πυριτίου είναι 2.33 g cm -3 ) Aπάντηση: Η ειδική αντίσταση του εξωγενούς ημιαγωγού θα δίνεται από τη σχέση: σ = p μ h e Στην παραπάνω σχέση ο μοναδικός άγνωστός είναι ο αριθμός των οπών ανά κυβικό μέτρο (p), ο οποίος, εφόσον όλα τα άτομα του δέκτη είναι ενεργοποιημένα, θα ισούται με τον αριθμό των ατόμων Αλουμινίου ανά κυβικό μέτρο (Ν Αl). Kατά συνέπεια το πρόβλημα ανάγεται στον υπολογισμό των ατόμων Αλουμινίου ανά κυβικό μέτρο. Ο αριθμός των ατόμων πυριτίου ανά κυβικό μέτρο μπορεί να υπολογισθεί από την θεωρητική πυκνότητα του Πυριτίου: 2.33 Ν Si = Συνεπώς: Ν Al g cm 3 cm 3 106 m 3 6.023 at. 1023 mol g 28.09 mol Ν Al at. 28 5 10 m 3 100 = 1.6 10 4 N Al + N Si N Al + 5 10 28 100 = 1.6 10 4 N Al = 8 10 h 22 m 3 και σ = 8 10 22 h m2 Cb 0.039 1.6 10 19 = 499 (Ω m) 1 m3 V s h