Bwt 11

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Questions and Answers

Welches Intervall der elektromagnetischen Strahlung umfasst den sichtbaren Bereich (VIS)?

101 nm - 103 nm

105 nm - 107 nm

10-3 nm - 10-1 nm

400 nm - 800 nm (correct)

Welche Einheit wird für die Angabe der Energie im elektromagnetischen Spektrum verwendet?

Elektronenvolt (eV) (correct)

Wavenumber (cm-1)

Hertz (Hz)

Nanometer (nm)

Welche der folgenden Strahlungen hat die kürzeste Wellenlänge?

Mikrowellen

Radiowellen

Ultraviolette Strahlung (correct)

Infrarotstrahlung

Welche Strahlung hat die höchste Frequenz?

Gammastrahlung (D) Signup and view all the answers

Was stellt die Abkürzung "FT" in der Beschreibung der FTIR-Spektroskopie dar?

Fourier-Transformation (A) Signup and view all the answers

Welcher Teil des FTIR-Spektrometers trennt das Licht in seine einzelnen Wellenlängen?

Interferometer (B) Signup and view all the answers

Was passiert im Probenraum eines FTIR-Spektrometers?

Die Probe wird mit Licht bestrahlt. (B) Signup and view all the answers

Welche Art von Information liefert ein FTIR-Spektrum?

Die chemische Zusammensetzung einer Probe (D) Signup and view all the answers

Was beschreibt der Durchgangswiderstand in der Kunststofftechnik?

Den Widerstand, den ein Material gegen den Stromfluss bietet. (C) Signup and view all the answers

Welche Rolle spielt die Messelektrode in den elektrischen Eigenschaften eines Werkstoffs?

Sie misst die elektrische Leitfähigkeit des Probekörpers. (A) Signup and view all the answers

Was ist der Zweck des Schutzringelektroden in der Messung der elektrischen Eigenschaften?

Sie verhindert Kurzschlüsse bei der Messung. (D) Signup and view all the answers

Welche physikalische Eigenschaft wird durch die Kriechstromfestigkeit eines Kunststoffes charakterisiert?

Die Beständigkeit gegen elektrischen Strom über längere Zeit. (C) Signup and view all the answers

Was misst der Oberflächenwiderstand eines Kunststoffes?

Den Widerstand, der entlang der Oberfläche eines Materials auftritt. (D) Signup and view all the answers

Was sind Valenzelektronen?

Freie Elektronen, die leicht abgelöst werden können. (A) Signup and view all the answers

Wie wird der spezifische Widerstand eines Materials bezeichnet?

Spezifischer Widerstand. (C) Signup and view all the answers

Was beschreibt die Formel $R=\frac{U}{I}$?

Den Zusammenhang zwischen Spannung, Strom und Widerstand. (C) Signup and view all the answers

Welche Eigenschaften haben Kunststoffe in Bezug auf Elektrizität?

Sie weisen starke kovalente Bindungen auf. (B) Signup and view all the answers

Was ist die Einheit des elektrischen Widerstands?

Ohm. (A) Signup and view all the answers

Wie wird der Leitwert G definiert?

G ist das Inverse des Widerstands. (D) Signup and view all the answers

Was ist ein Beispiel für einen Faktor, der den spezifischen Widerstand beeinflusst?

Die Temperatur des Materials. (D) Signup and view all the answers

Wie verhält sich das Verhalten von Elektronen in einem elektrischen Feld?

Sie bewegen sich in Richtung des Pluspols. (B) Signup and view all the answers

Was geschieht, wenn Dipole den Richtungsänderungen des elektrischen Feldes nicht mehr folgen können?

Es entsteht eine Phasenverschiebung zwischen elektrischem Feld und Dipolausrichtung. (A) Signup and view all the answers

Was beschreibt der Verlustfaktor 'tan δ' im Kontext elektrischer Eigenschaften?

Das Verhältnis von der realen zu der imaginären Permittivität. (C) Signup and view all the answers

Wie verhält sich die relative Permittivität eines polaren Kunststoffs bei unterschiedlichen Frequenzen?

Sie nimmt mit steigender Frequenz ab. (A) Signup and view all the answers

Warum sind Materialien mit hohen Dipolmomenten besser zum Kleben geeignet?

Sie haben eine bessere Bindefestigkeit zu anderen Festkörpern. (D) Signup and view all the answers

Welcher Mechanismus bleibt bei hohen Frequenzen übrig, wenn Dipole nicht mehr folgen können?

Verschiebungspolarisation (C) Signup and view all the answers

Wann sind die Verlustzahlen bei der Verwendung von Kunststoffen erwünscht?

Beim Hochfrequenzschweißen. (C) Signup and view all the answers

Welche Aussage über die Verlustzahl ist korrekt?

Sie hängt von der Frequenz und Temperatur ab. (C) Signup and view all the answers

Was geschieht bei Hochfrequenzkabelummantelungen in Bezug auf die Verluste?

Die Verluste sind unerwünscht, da die Dipole nicht folgen können. (B) Signup and view all the answers

Wie wird die elektrische Feldstärke im Vakuum definiert?

$E = \frac{U}{d}$ (A) Signup and view all the answers

Was beschreibt die Permittivitätskonstante bei Vakuum?

Die Fähigkeit eines Materials, elektrische Ladung zu speichern. (B) Signup and view all the answers

Wie berechnet sich die elektrische Ladung im Vakuum?

$Q = \epsilon_0 \cdot E \cdot A$ (D) Signup and view all the answers

Was ist die elektrische Kapazität eines Plattenkondensators im Vakuum?

$C = \epsilon_0 \cdot \frac{A}{d}$ (B) Signup and view all the answers

Wie verändert sich die elektrische Feldstärke mit einem Dielektrikum?

$E' = E + P$ (B) Signup and view all the answers

Wie ist die relationale Dielektrizitätszahl definiert?

$\epsilon_r = \frac{C'}{C}$ (B) Signup and view all the answers

Wie lautet die Formel zur Berechnung der elektrischen Kapazität eines Plattenkondensators mit Dielektrikum?

$C' = \epsilon_0 \cdot \epsilon_r \cdot \frac{A}{d}$ (B) Signup and view all the answers

Welcher Faktor beeinflusst die elektrische Ladung in einem Dielektrikum?

Die Permittivität des Dielektrikums. (C) Signup and view all the answers

Was beschreibt der Begriff Dispersion in Bezug auf Lichtbrechung?

Die frequenzabhängige Lichtbrechung in Medien (A) Signup and view all the answers

Welcher Zusammenhang gilt für Reflexion, Absorption und Transmission?

Reflexion, Absorption und Transmission addieren sich zu 1 (C) Signup and view all the answers

Was bewirkt die Spannung in amorphen Kunststoffen in Bezug auf die Lichtgeschwindigkeit?

Die Lichtgeschwindigkeit wird richtungsabhängig (D) Signup and view all the answers

Wodurch wird Anisotropie in Kunststoffen sichtbar?

Durch Durchstrahlung mit linear polarisiertem Licht (A) Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen beschreibt die Wirkung beim Austritt polarisierter Lichtstrahlen aus einem anisotropen Material?

Die Lichtstrahlen interferieren und ändern ihre Schwingungsebene (D) Signup and view all the answers

Wie reagieren menschliches Auge und fotoaktive Emulsionsschichten auf polarisierte Lichtstrahlen?

Sie zeigen keine spezielle Reaktion (B) Signup and view all the answers

Was ist eine Folge der Herstellung von amorphen Kunststoffen?

Die Moleküle sind unterschiedlich ausgerichtet (A) Signup and view all the answers

Welche der folgenden Eigenschaften ist nicht temperaturabhängig?

Reflexion an Oberflächen (A) Signup and view all the answers

Study Notes

Vorlesung Werkstofftechnik 1

Die Vorlesung Werkstofftechnik 1 wurde von Dr.-Ing. Lutwin Spix gehalten.
Die Folien dienen als Zusammenfassung und ersetzen nicht den Vorlesungsbesuch.
Die Vorlesungsstruktur und der Inhalt wurden von Herrn Prof. Dr. Barth erarbeitet.
Die Verwendung der Folien ist ausschließlich zu Lehrzwecken an der TH-OWL erlaubt.
Die Literaturhinweise umfassen:
- Bonten, C.: Kunststofftechnik; Hanser Verlag (kostenlos als PDF in der DigiBib der TH OWL)
- Domininghaus, H.; Kunststoffe - Eigenschaften und Anwendungen, Springer Verlag

Inhaltsverzeichnis (Folie 3)

Einführung Werkstofftechnik
Historie von Werkstoffen und Kunststoffen
Wirtschaftliche Bedeutung
Wichtigste Werkstoffeigenschaften
Kunststoffe im Werkstoffvergleich
Aufbau der Kunststoffe (Synthese, Gefüge, Vernetzungsarten)
Zeitabhängiges Werkstoffverhalten
Temperaturabhängiges Werkstoffverhalten
Elektrische Eigenschaften, optische Eigenschaften
Kunststoffe in der Schmelze
Alterung von Kunststoffen
Recycling; Kunststoff und Ökologie

Elektrische Eigenschaften (Folie 4)

Welche elektrischen Eigenschaften gibt es für Kunststoffe?
- Elektrische Leitung
- Durchgangswiderstand
- Oberflächenwiderstand
- Dielektrisches Verhalten
  - Statisches elektrisches Feld
  - Elektrisches Wechselfeld
- Spezielle elektrische Eigenschaften
  - Statische Aufladung
  - Elektrische Durchschlagsfestigkeit
  - Elektrooptische Polymere (OLED)
  - Piezzoelektrische Kunststoffe
  - Elektret

Elektrische Leitung (Folien 5, 6, 7)

Elektrische Leitung benötigt freie Elektronen.
Valenzelektronen sind besonders leicht ablösbar.
Durch ein elektrisches Feld bewegen sich Valenzelektronen zum Pluspol.
Das Bremsen der Elektronen führt zum spezifischen Widerstand eines Leiters.
Kunststoffe haben durch starke kovalente Bindungen fast keine freien Elektronen und daher eine geringe Leitfähigkeit.
Spezifische Leitfähigkeit (σ) und spezifischer Widerstand (p) werden definiert.
Werkstoffe mit hoher elektrischer Leitfähigkeit haben auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit.
Der spezifische Widerstand ist temperaturabhängig: höhere molekulare Beweglichkeit bei Kunststoffen führt zu niedrigerem Widerstand; bei Metallen steigt der Widerstand mit erhöhter Atombbewegung und Kollisionen der Elektronen mit Atomen.
Der Widerstand ist auch von der Form und Ausrichtung der Füllstoffe abhängig.

Elektrische Eigenschaften: Widerstand in Bezug auf Material und Geometrie (Folie 6)

R[Ω] = p * l / A (Widerstand = spezifischer Widerstand * Länge / Fläche)
σ = 1 / p

Elektrische Eigenschaften: Messung Werkstoffspezifischer Widerstände (Folie 12)

Messung des Durchgangswiderstandes
Messung des Oberflächenwiderstandes

Optische Eigenschaften: Lichtbrechung (Folien 24, 25, 26)

Brechungsindex ist temperaturabhängig und frequenzabhängig.
Lichtbrechung in Kunststoffen, Dispersion, frequenz- & temperaturabhängig.
Brechzahl von PMMA als Funktion der Temperatur.

Optische Eigenschaften: Doppelbrechung (Folien 28, 29, 30)

Anisotropie (ungleiche Eigenschaften in verschiedenen Richtungen) durch Herstellung sichtbar durch linear polarisiertes Licht.
Verschiedene Lichtstrahlen aufgrund unterschiedlicher Geschwindigkeiten im Material.
Interferenzen der Teilstrahlen führen zu einer Änderung der Schwingungsebene des Lichts.
Nur Anteile des Lichts mit Schwingungsebene senkrecht zum Analysator passieren.

Optische Eigenschaften: Messprinzip der IR-Spektroskopie (Folien 31, 32, 33, 36)

Wechselwirkung zwischen elektromagnetischer Strahlung und Molekülen
Jedes Molekül hat ein charakteristisches Absorptionsspektrum.
Absorbierte Wellenlängen entsprechen Eigenfrequenzen der Moleküle.
„Fingerabdruck“ der Peaks ist materialtypisch.
6 mögliche Schwingungsformen (Valenz- und Deformationsschwingungen, Dreh-/Kippschwingungen).
FTIR Spektrumerstellung.
Identifizierung von n.i.O. (nicht-isotherm) Teilen mithilfe von IR-Spektrometrie.

Elektrische Eigenschaften: Elektrische Felder (Dielektrika) (Folien 14, 15, 16, 17 )

Elektrische Feldstärke mit Dielektrikum: E'= E+P
Relative Permittivität (Dielektrizitätszahl): εr = C'/C
Elektrische Ladung mit Dielektrikum: Q'= ε₀ εr EA
Dielektrische Kapazität mit Dielektrikum: C'= ε₀ εr *A/d
Polarisationsmechanismen (Elektronen-, Orientierungs- und Ionenpolarisation).
Die relative Permittivität von Kunststoffen ist frequenzabhängig.
Bei höheren Frequenzen können die Dipole nicht mehr folgen und es bleibt nur die Verschiebungspolarisation.
Die Verlustzahl ist sowohl von der Frequenz als auch von der Temperatur abhängig.

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Description

Diese Vorlesung beschäftigt sich mit den Grundlagen der Werkstofftechnik, insbesondere mit Kunststoffen. Es werden die historische Entwicklung, wirtschaftliche Bedeutung und wichtige Eigenschaften von Werkstoffen behandelt. Die Inhalte sind eine wertvolle Ergänzung für Studierende der TH-OWL und dienen der Vertiefung des wissens über die Werkstoffe.