Examen de Ciencia de Materiales UB 2018 · Parcial de Ciència dels Materials (Maig 2018)

Pregunta 1. Característiques dels materials ceràmics

Indiqueu quina de les següents afirmacions descriu correctament les característiques generals dels materials ceràmics:

.

Pregunta 2. Direcció de màxima compacitat FCC

En una xarxa cristal·lina cúbica centrada en les cares (FCC), quina és la direcció de màxim empaquetament atòmic?

.

Pregunta 3. Nombre de vacants i temperatura

Com varia la quantitat d'àtoms vacants en equilibri tèrmic a la xarxa d'un material en funció de la temperatura?

.

Pregunta 4. Isotropia en materials policristal·lins

Respecte al comportament d'un sòlid policristal·lí, quina de les següents afirmacions és correcta?

Pregunta 5. Força impulsora de la difusió

Quina és la força motriu o impulsora fonamental que regeix el fenomen de la difusió de matèria en estat sòlid?

Pregunta 6. Tipus de corrosió per aireació diferencial

El fenomen de corrosió desencadenat per una aireació diferencial s'enquadra dins del tipus de corrosió:

Pregunta 7. Informació aportada per les sèries galvàniques

Les taules o sèries galvàniques proporcionen informació fonamental sobre:

Pregunta 8. Teoria de bandes en conductors

Segons el model de bandes d'energia electrònica, un sòlid pur condueix l'electricitat quan:

Pregunta 9. Factors que determinen la resistivitat elèctrica

En una peça metàl·lica de naturalesa policristal·lina, la resistivitat elèctrica és funció de:

Pregunta 10. Condició de comportament semiconductor

Hom diu que un determinat material posseeix caràcter semiconductor únicament si:

Pregunta 11. Polarització d'un dielèctric en un condensador

La polarització elèctrica d'un material dielèctric situat entre les plaques d'un condensador té lloc a causa de:

Pregunta 12. Definició de la temperatura de Debye

La temperatura característica de Debye ($\theta_D$) es defineix com aquella temperatura per sobre de la qual:

Pregunta 13. Classificació magnètica amb permeabilitat relativa menor a 1

Els materials que presenten una permeabilitat magnètica relativa lleugerament inferior a la unitat ($\mu_r < 1$) es classifiquen com a:

a

Antiferromagnètics.

b

Diamagnètics.

c

Paramagnètics.

A partir del traçat d'una corba de primera imantació d'un material ferromagnètic no desimantat prèviament, quin paràmetre NO es pot mesurar directament?

Un material magnètic qualificat com a 'tou' es distingeix comercialment per posseir un valor elevat de:

Quan es fa referència al polietilè d'alta densitat (HDPE), s'està indicant de manera fonamental:

En què consisteix el mecanisme de degradació de polímers conegut com a inflament ( swelling)?

Pregunta 18. Influència dels substituents voluminosos en la cristal·linitat

Si s'incorporen grups químics substituents de gran volum a la cadena principal d'un polímer:

a

El grau de cristal·linitat del material s'incrementa notablement.

b

El percentatge de fase cristal·lina disminueix.

c

La cristal·linitat final es manté invariable.

Pregunta 19. Definició estructural de polímer lineal

Des del punt de vista de la conformació macromolecular, què caracteritza pròpiament un polímer lineal?

Problema 1 (2,5 punts). Difusió estacionària a través de membrana cilíndrica

Un dosificador de característiques especials utilitza una membrana polimèrica que permet el pas parcial d'un determinat compost en fase gas. El dipòsit dosificador presenta geometria cilíndrica, amb un radi de $10\text{ cm}$ i una alçada de $90\text{ cm}$. La membrana permeable se situa únicament a la superfície lateral del cilindre i posseeix un gruix d'$1\text{ cm}$. L'equip es dissenya per alliberar a l'exterior un total de $5\text{ g}$ de gas al mes, estant ubicat dins d'una cambra a $20\text{ }^\circ\text{C}$. Atesa la petita magnitud del flux de gas alliberat, es pot assumir estat estacionari a l'interior.

Dades de difusió del sistema:

$D_0\text{ (m}^2\text{/s)}$

$Q\text{ (kJ/mol)}$

$a\text{ (nm)}$

$1,5\cdot 10^{-5}$

$30$

$0,353$

a)

Sabent que la concentració de gas a la superfície exterior de la membrana lateral és de $5,55\text{ kg/m}^3$, calculeu la concentració existent a la cara interior del dosificador.

b)

Mantenint constants el perfil de concentracions i el gruix de la membrana, calculeu a quina temperatura caldria treballar per aconseguir duplicar el flux difusiu de gas a través de la paret.

Problema 2 (2,5 punts). Conductivitat tèrmica d'aliatge d'alumini a alta temperatura

A la següent taula es mostren les propietats físico-químiques d'un alumini pur i completament recristal·litzat determinades a 20 °C:

Pes atòmic estàndard · 26,98

Densitat (g/cm³) · 2,7

Capacitat calorífica (J/mol·K) · 24,2

Electronegativitat · 1,61

Radi atòmic (pm) · 143

Resistivitat elèctrica (nΩ·m) · 28,2

Coeficient tèrmic elèctric (pΩ·m/K) · 126,9

Coef. Impureses Cu (µΩ·m) · 1,19

Coef. Impureses Mg (µΩ·m) · 0,85

Conductivitat tèrmica (W/m·K) · 237

Dilatació tèrmica (10⁻⁶ K⁻¹) · 23,1

Velocitat del so (m/s) · 5000

Mòdul d'elasticitat (GPa) · 70

Mòdul de cisallament (GPa) · 26

Mòdul de compressibilitat (GPa) · 76

Coeficient de Poisson · 0,35

A partir d'aquestes dades, determineu la conductivitat tèrmica que presentarà un aliatge recristal·litzat d'alumini que conté un 2% de coure quan es troba a una temperatura de 200 °C.