Kazakova Z. K.

Projekt für Kinder von 4-5 Jahren

"Eigenschaften und Qualitäten von Materialien"

PROBLEM:

Kinder unter dem Begriff "Material" meinen nur Stoff. Obwohl die meisten Objekte der künstlichen Welt, die uns umgeben, aus Materialien wie Kunststoff, Glas, Holz und Papier bestehen. Kinder wissen nichts über die Eigenschaften dieser Materialien, die Besonderheiten im Umgang mit ihnen, sie kennen ihren Verwendungszweck und die Funktionen der daraus hergestellten Gegenstände nicht.

ZWECK:

Bei Kindern Vorstellungen über solche Materialien der künstlichen Welt wie Papier, Kunststoff, Holz, Glas zu bilden.

AUFGABEN:

1. Kindern beibringen, die Zeichen von Materialien, ihre Eigenschaften und Qualitäten zu erkennen; Klassifizieren Sie die Objekte der von Menschenhand geschaffenen Welt nach dem Material.

2. Kinder mit dem beabsichtigten Zweck von Gegenständen der künstlichen Welt in Abhängigkeit von den Eigenschaften und Qualitäten des Materials vertraut machen, aus dem sie hergestellt sind.

3. Erarbeiten Sie mit den Kindern Regeln für den Umgang mit Gegenständen, je nach Material, aus dem sie bestehen.

4. Organisieren Sie Aktivitäten für Kinder, um eine Sammlung von „Paper Variety“ zu erstellen.

5. Erweitern und aktivieren Sie den Wortschatz von Kindern mit den Merkmalen der Zeichen der Materialien der künstlichen Welt.

6. Entwicklung der sozialen Fähigkeiten von Kindern: die Fähigkeit, in einer Gruppe zu arbeiten, zu verhandeln, die Meinung eines Partners zu berücksichtigen.

VERANSTALTUNGEN:

1. Materialsammlung für das Projekt Sparschwein.

2. Kognitiver Unterricht zu Themen:

"Geschichte der Entdeckung des Glases"

"Papierherstellung"

„Holz zum Baustoff machen“

"Die Entstehung von Kunststoffen"

3. Rätsel und Lesen FiktionÖ verschiedene Materialien und daraus hergestellte Objekte der menschengemachten Welt.

4. Künstlerische und kreative Tätigkeit:

von Kindern Papierlaternen für den Weihnachtsbaum basteln;

Hüte "Hasenohren" aus Pappe herstellen.

5. Organisation des Rollenspiels „Shop“ („Möbel“, „Spielzeug“, „Geschirr“, „Schreibwaren“)

6. Organisation des Lehrspiels „Meine Wohnung“.

7. Experimente durchführen:

„Untergang – nicht Untergang“

"Schlagen - nicht schlagen"

„Was man durch das Glas sieht (transparent, gefrostet, farbig)“

"Falten - knittert nicht"

8. Organisation einer Ausstellung von Objekten der künstlichen Welt aus Papier, Kunststoff, Holz, Glas.

Phasen der Arbeit am Projekt

ichStufe - ROSA

v Objekte der künstlichen Welt (aus Papier, Holz, Kunststoff, Glas);

v Illustrationen verschiedener Objekte der künstlichen Welt (aus Papier, Holz, Kunststoff, Glas);

v ein künstlerisches Wort über die Materialien und Gegenstände der von Menschenhand geschaffenen Welt (Gedichte, Rätsel, Sprüche, Geschichten usw.).

IIStufe - ERSTELLEN EINER KARTENDATEI

Algorithmus zum Erstellen eines Archivs

Objekte der menschengemachten Welt aus Papier

Objekte der menschengemachten Welt aus Holz

Objekte der künstlichen Welt aus Kunststoff

Objekte der künstlichen Welt aus Glas

IIIStufe - MODELL

Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen wurde gemeinsam mit den Kindern ein „Modell aus künstlichen Materialien“ entwickelt

IVStufe - PRODUKT

Das Produkt dieses Projektes ist eine Ausstellung von Objekten der menschengemachten Welt aus Verschiedene Materialien: "Plastic Kingdom", "Glass Kingdom", "Wooden Miracle", " Papierland».

vStufe - PRÄSENTATION DES PROJEKTS

Kinder der Gruppe Nr. 11 sind eingeladen.

Die am Projekt beteiligten Kinder sagen:

Es gibt viele Materialien auf der Welt: Plastik, Glas, Holz, Papier. Wir haben aus diesen Materialien ein Sparschwein mit Gegenständen gesammelt und sie dann in Kisten verteilt - wir haben einen Aktenschrank nach Materialien erstellt. Und heute präsentieren wir Ihnen ihre Ausstellung.

Liebe Gäste, bitte kommen Sie in unsere Ausstellung.

Kinder der Gruppe und Gäste nähern sich mit Plastikgegenständen dem Tisch.

Dies ist das Glasreich.

Kinder sprechen über die Zeichen von Glas und lesen Gedichte:

Sie können alles durch das Glas sehen

Und der Fluss und die Wiesen,

Bäume und Autos

Menschen, Hunde, Häuser.

Mit einem Glashasen

Ich liebe es zu spielen.

Ich weiß, dass er zerbrechlich ist

Ich werde ihn nicht fallen lassen.

zerbrechlich, durchsichtig,

Solides Aussehen.

Vom Wind wird es schließen

Warm von der Kälte.(Glas)

Kinder der Gruppe und Gäste nähern sich mit Holzgegenständen dem Tisch.

- Das ist die Ausstellung "Wooden Miracle".

Kinder sprechen über die Zeichen eines Baumes und lesen Gedichte:

Holzkasten

Es liegt auf dem Nachttisch.

Mamas Liebling

Hält Ringe drin.

Hölzerne Truhe

So schön und hell.

Dad oft aus ihm heraus

Nimmt ein Geschenk heraus.

Hängebrett bemalt,

Sie ist eine Helferin, wir wissen:

Sie hat uns geholfen, Gemüse zu schneiden,

Dafür ist sie da.

Kinder der Gruppe und Gäste nähern sich mit Papiergegenständen dem Tisch.

- Das ist die Ausstellung "Papierland".

Kinder sprechen über die Zeichen des Papiers und lesen Gedichte:

Schmetterlinge aus Papier,

Papierelefanten,

Hasen und Weihnachtsbäume

Die Kinder brauchen es so sehr!

Papierboote

Ich lasse mich gerne gehen.

Papierboote

In Strömen schweben.

Lied "Papierland"

(Musik von I. Nikolaev)

Es gibt jenseits der Meere, jenseits der Berge

Papierland.

Es gibt Straßen und Mauern aus Papier

Möbel und alle Häuser.

Bewohner tragen Papier

Hüte und Regenschirme.

Die Papierwelt wird beherrscht

Erwachsene aus Papier.

Chor: Papierland,

Papierland.

Wir werden es Ihnen sagen

Wir zeigen es Ihnen

Hier ist sie, hier ist sie!

(Kinder zeigen auf „Papierland“)

PROJEKT WEITER

Bekanntschaft von Kindern mit anderen Materialien der künstlichen Welt, wie Stoff, Metall, Gummi, Polyethylen.

THEMA: WESENTLICHE INFORMATIONEN

1. Allgemeine Information

2. Physikalische Eigenschaften

3. Mechanische Eigenschaften

4. Chemische Eigenschaften

5. Technologische Prüfungen von Metallen und Legierungen

6. Struktur von Metallen, Legierungen und flüssigen Schmelzen

Referenzliste

1. Allgemeine Information

Die Welt ist materieller Natur. Alles, was uns umgibt, wird Materie genannt. Ein Atom, eine lebende Zelle, ein Organismus usw. sind alles verschiedene Arten von Materie. Die beobachtete Vielfalt von Phänomenen in der Natur ist verschiedene Formen bewegende Angelegenheit. Materie hat verschiedene Bewegungsformen: Lebensprozesse, chemische Umwandlungen, elektrischer Strom, Erwärmung und Abkühlung usw. Materie verschwindet nicht und wird nicht neu erschaffen, sie verändert nur ihre Form. Einige Bewegungsformen der Materie können in andere übergehen. Zum Beispiel, mechanische Bewegung es kann sich in thermisch, thermisch - in chemisch, chemisch - in elektrisch, elektrisch - in mechanisch usw. verwandeln.

Jede einzelne Art von Materie, die eine bestimmte Zusammensetzung und Eigenschaften hat, wird als Substanz bezeichnet. Die Merkmale, durch die sich verschiedene Stoffe voneinander unterscheiden, nennt man Eigenschaften. Stoffe unterscheiden sich in Farbe, Aggregatzustand (fest, flüssig oder gasförmig), Dichte, Schmelz- und Siedepunkt usw. Um einen Stoff zu charakterisieren, muss man eine bestimmte Anzahl – eine Reihe von Merkmalen – seiner Eigenschaften kennen. Beispielsweise ist eine Substanz mit einer Dichte von 1000 kg / m 3, einem Siedepunkt von 100 ° C und einem Schmelzpunkt von 0 ° C Wasser H 2 O. Die Eigenschaften von Materialien werden hauptsächlich unter Laborbedingungen unter Verwendung spezieller vorgesehener Methoden bestimmt Staatliche Standards und technischen Gegebenheiten.

Substanzen können einfach oder komplex sein. Einfache Substanzen (Eisen, Kupfer, Sauerstoff, Kohlenstoff usw.) bestehen aus Atomen oder Ionen eines Elements. Verbindungen (Wasser, Kohlendioxid, Schwefelsäure, Stahl usw.) bestehen aus Molekülen, die aus Atomen oder Ionen verschiedener Elemente bestehen.

Stoffe können rein oder in Form von Gemischen vorliegen. Reine Substanzen (einfach und komplex) bestehen aus homogenen Molekülen, Atomen und Ionen. Mischungen bestehen aus verschiedenen einfachen und komplexen Stoffen. Ein Beispiel für ein Gemisch ist Luft, die aus Molekülen verschiedener Gase (Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid etc.) besteht. Granit ist eine Mischung aus Quarz, Glimmer und Feldspat.

Eigenschaften der verwendeten Materialien industrielle Produktion, bedingt unterteilt in physikalische, mechanische, chemische, technologische usw.

2. Physikalische Eigenschaften

Zu den physikalischen Eigenschaften je nach Interne Struktur Materialien umfassen: Dichte, Porosität, Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, elektrische Leitfähigkeit, thermische (thermische) Ausdehnung, Frostbeständigkeit, Feuerbeständigkeit, Schmelzpunkt usw.

Die Dichte ist ein Wert, der dem Verhältnis der Masse einer Substanz zum Volumen entspricht, das sie einnimmt. Nach der Dichte werden Metalle und Legierungen in zwei Gruppen eingeteilt: leichte, deren Dichte weniger als 5000 kg/m 3 beträgt, und schwere, deren Dichte mehr als 5000 kg/m 3 beträgt. Zu den Leichtmetallen zählen Aluminium, Magnesium, Titan und darauf basierende Legierungen, zu den Schwermetallen Kupfer, Nickel, Zink und darauf basierende Legierungen. Bei der Herstellung von Maschinen und Mechanismen werden zur Reduzierung ihrer Masse Metalle und Legierungen mit geringerer Dichte verwendet.

Porosität - der Füllgrad des Materialvolumens mit Poren.

Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, Frostbeständigkeit, Wasseraufnahme hängen von der Porosität der Materialien ab.

Die Wärmeleitfähigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, den Wärmestrom durch seine Dicke zu übertragen, der aufgrund des Temperaturunterschieds auf gegenüberliegenden Oberflächen auftritt. Die Wärmeleitfähigkeit ist gekennzeichnet durch die Wärmemenge, die 1 Stunde lang durch eine 1 m dicke Materialschicht mit einer Fläche von 1 m 2 bei einem Temperaturunterschied von einem Grad auf gegenüberliegenden planparallelen Oberflächen fließt. Die Wärmeleitfähigkeit hängt von der inneren Struktur des Materials ab.

Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Metallen und Legierungen im Vergleich zu anderen Materialien erklärt sich dadurch, dass die Wärmeenergie in Metallen von freien Elektronen getragen wird, die sich ständig bewegen. Freie Elektronen kollidieren mit schwingenden Ionen und tauschen mit ihnen Energie aus. Die Schwingungen der Ionen, die sich beim Erhitzen verstärken, werden durch Elektronen auf benachbarte Ionen übertragen, während sich die Temperatur in der gesamten Masse des Metalls schnell ausgleicht. Je größer die Wärmeleitfähigkeit des Metalls ist, desto schneller breitet sich die Wärme beim Erhitzen im gesamten Volumen aus. Diese Eigenschaft wird bei der Herstellung von Heizgeräten, Motoren, die sich während des Betriebs erhitzen, beim Brennschneiden von Metallen und Legierungen, bei der Verarbeitung von Metallen berücksichtigt. Schneidewerkzeug.

Die Wärmeleitfähigkeit ist von großer Bedeutung bei der Auswahl von Materialien für wärmeumschließende Konstruktionen, Wärmetauscher und Rohrisolierungen.

Elektrische Leitfähigkeit - die Fähigkeit von Metallen und Legierungen, elektrischen Strom unter dem Einfluss eines äußeren elektrischen Feldes zu leiten. Freie Elektronen transportieren elektrischen Strom, daher sind Wärme- und elektrische Leitfähigkeit von reinen Metallen proportional zueinander. Die elektrische Leitfähigkeit von Metallen nimmt mit steigender Temperatur ab. Dies liegt daran, dass beim Erhitzen die Schwingungen der Ionen im Metall zunehmen und dies die Bewegung der Elektronen stört. Bei niedrigen Temperaturen, wenn die Schwingungen der Ionen abnehmen, steigt die elektrische Leitfähigkeit stark an.

Silber, Aluminium, Kupfer und darauf basierende Legierungen haben eine hohe elektrische Leitfähigkeit, während Wolfram und Chrom eine geringe elektrische Leitfähigkeit haben. Aus Metallen, die Strom gut leiten, machen sie elektrische Kabel, leitfähige Teile elektrischer Maschinen und aus elektrisch schlecht leitenden Metallen und Legierungen (mit hohem elektrischem Widerstand) werden elektrische Heizungen und Rheostate hergestellt.

Wärmekapazität - EIGENSCHAFT von Materialien, bei Erwärmung eine bestimmte Wärmemenge aufzunehmen. Die angegebene Wärmekapazität ist die spezifische Wärmekapazität, die der Wärmemenge (in Joule) entspricht, die benötigt wird, um 1 kg Material um ein Grad zu erwärmen. Die spezifische Wärmekapazität wird bei der Berechnung der Prozesse zum Erhitzen oder Abkühlen von Materialien verwendet.

Wasseraufnahme ist die Fähigkeit eines Materials, Wasser in seinen Poren aufzunehmen und zu halten. Die Wasseraufnahme eines Materials hängt von seiner Porosität ab; Je größer die Porosität, desto größer die Wasseraufnahme.

Die Sättigung von Materialien mit Wasser verändert ihre Eigenschaften: Die Wärmeleitfähigkeit steigt, die Frostbeständigkeit sinkt.

Der Feuchtigkeitsgehalt eines Materials wird durch das Verhältnis des Feuchtigkeitsgehalts einer Probe zum Trockengewicht dieser Probe bestimmt.

Wasserdurchlässigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, Wasser unter Druck durch sich selbst zu leiten. Die Wasserdurchlässigkeit ist gekennzeichnet durch die Wassermenge, die eine Probe mit einer Fläche von 1 m 2 für 1 Stunde bei einem konstanten Druck von 1 N und einer bestimmten Dicke der Probe durchströmt hat. Die Wasserdurchlässigkeit hängt von der Porosität, Dichte des Materials, Form und Größe der Poren ab.

Dampf-, Gasdurchlässigkeit - Eigenschaften, die durch die Menge an Dampf oder Gas (Luft) gekennzeichnet sind, die bei einem bestimmten Druck durch eine Probe bestimmter Größe geströmt ist.

Frostbeständigkeit - die Fähigkeit eines Materials in wassergesättigtem Zustand, mehrere Zyklen abwechselnden Einfrierens und Auftauens ohne sichtbare Anzeichen von Zerstörung und ohne signifikante Abnahme der Festigkeit zu überstehen. Dichte Materialien sowie Materialien mit geringer Wasseraufnahme sind in der Regel frostbeständig. Entsprechend der Anzahl der Widerstandszyklen von abwechselndem Einfrieren und Auftauen (Frostbeständigkeitsgrad).

Thermische (thermische) Ausdehnung - die Fähigkeit von Materialien, ihre Abmessungen beim Erhitzen bei konstantem Druck zu ändern. Diese Eigenschaft wird beim Verlegen von Rohrleitungen und Eisenbahnschienen berücksichtigt. Lange Rohrleitungen und Dampfleitungen in erhitztem Zustand vergrößern ihre Größe erheblich. Damit sich die Rohrleitungen frei verlängern können und unbeschädigt bleiben, werden daher spezielle Vorrichtungen hergestellt - Kompensatoren, die die Dehnung der Rohrleitungen bei Wärmeausdehnung wahrnehmen. Brücken sind mit beweglichen Stützen ausgestattet. In Gebäuden und Strukturen mit großer Länge sind thermische Nähte vorgesehen. Schienen auf Kran- und Bahngleisen werden zur freien Wärmeausdehnung mit geringem Abstand verlegt.

Schmelzpunkt - die konstante Temperatur, bei der ein fester Stoff unter Normaldruck in eine flüssige Schmelze übergeht. Zum Ablesen der Temperatur werden zwei Skalen verwendet: thermodynamisch, wobei die Temperatureinheit Kelvin ist (angegeben durch K), und international praktisch, wobei die Maßeinheit Grad Celsius ist (angegeben durch ° C).

Der Schmelzpunkt von Materialien hängt von der Stärke der Bindung zwischen Molekülen, Ionen ab und variiert in einem sehr weiten Bereich: Beispielsweise liegt der Schmelzpunkt von Quecksilber bei -39 °C, Wolfram bei +3410 °C. Reine Metalle schmelzen bei bestimmten Temperaturen, während die meisten Materialien innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs schmelzen.

Die selbstrückstellenden Trolleys funktionierten einwandfrei und die Finger zum Greifen der Rahmen waren nicht verbogen. Es ist notwendig, Trockenwagen regelmäßig mit Korrosionsschutzmitteln zu beschichten und rechtzeitig zu reparieren. GRUNDLEGENDE INFORMATIONEN ZUM TROCKNUNGSPROZESS Die Ziegeltrocknung erfolgt nur nach der Konvektionsmethode, dh nach der Methode, bei der Feuchtigkeit aufgrund des Wärmeaustauschs zwischen dem Produkt und ...

Genehmigungen für die Herstellung eines Dampfkessels. In Verbindung mit dem Vorstehenden ist es notwendig, einen der komplexesten und kritischsten Abschnitte der Berechnung der Kesselstärke durchführen zu können - die Berechnung der Stärke der Verstärkung eines einzelnen Lochs in den Trommeln. Außerdem das Problem ist aufgrund der Verwendung von Kesselkonstruktionen bei der Ausführung relevanter große Löcher im Schlagzeug. Existiert...

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Allgemeine Informationen zu Materialien, deren Aufbau und Eigenschaften

Allgemeine Informationen zu Materialien.

Alle chemisch basierten Materialien werden in zwei Hauptgruppen unterteilt - metallische und nichtmetallische.

Metalle umfassen Metalle und ihre Legierungen. Metalle machen mehr als 2/3 aller bekannten aus chemische Elemente. Metallmaterialien werden in Schwarz und Nichteisenmetalle unterteilt. Zu den schwarzen gehören Eisen und darauf basierende Legierungen - Stähle und Gusseisen. Alle anderen Metalle sind Buntmetalle. Reine Metalle haben im Vergleich zu Legierungen schlechte mechanische Eigenschaften, und daher ist ihre Verwendung auf die Fälle beschränkt, in denen es notwendig ist, ihre speziellen Eigenschaften zu nutzen.

Zu den nichtmetallischen Werkstoffen zählen verschiedene Kunststoffe (geschichtet, faserig, pulverförmig, gasgefüllt), Gummiwerkstoffe, Holzwerkstoffe (Bauholz, Holzfurnier), textile Werkstoffe, anorganische (Keramik, Glas) und Verbundwerkstoffe.

Der praktische Wert verschiedener Materialien ist nicht gleich. Eisenmetalle haben die größte Verwendung in der Technik gefunden. Mehr als 90 % aller Metallprodukte werden auf Basis von Eisen hergestellt. Nichteisenmetalle haben jedoch eine Reihe von Werten physikalische und chemische Eigenschaften die sie unentbehrlich machen. Nichtmetallische Materialien nehmen auch in der Industrie einen Platz ein, aber ihre Verwendung ist gering (etwa 10%), und die dreißig Jahre alte Vorhersage, dass nichtmetallische Materialien die metallischen bis zum Ende des Jahrhunderts erheblich ersetzen würden, hat sich nicht bewahrheitet . In anderen Bereichen entwickelt sich der Einsatz verschiedener nichtmetallischer Werkstoffe derzeit schneller als metallische Werkstoffe.

Die Struktur der Materialien.

Alle Feststoffe werden in amorphe und kristalline unterteilt.

In amorphen Körpern sind Atome zufällig angeordnet, d.h. in Unordnung, ohne System, daher erweichen Körper beim Erhitzen in einem großen Temperaturbereich, werden zähflüssig und gehen dann in flüssigen Zustand über. Beim Abkühlen geht der Prozess in die entgegengesetzte Richtung. Beispiele für amorphe Körper sind Glas, Leim, Wachs, Kolophonium, d.h. Die amorphe Struktur ist hauptsächlich Nichtmetallen eigen.

In kristallinen Körpern sind Atome in einer genau definierten Reihenfolge angeordnet. Die Körper bleiben fest, d.h. behalten die ihnen gegebene Form bis zu einer bestimmten Temperatur bei, bei der sie in einen flüssigen Zustand übergehen. Beim Abkühlen geht der Prozess in die entgegengesetzte Richtung. Der Übergang von einem Zustand in einen anderen erfolgt bei einem bestimmten Schmelzpunkt. Die Körper mit einer kristallinen Struktur sind Tisch salz, Quarz, Kristallzucker, Metalle und Legierungen.

Atomkristallstruktur - die gegenseitige Anordnung von Atomen in einem Kristall. Ein Kristall besteht aus Atomen (Ionen), die in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet sind, die sich periodisch in drei Dimensionen wiederholt. Als Elementarzelle bezeichnet man den kleinsten Atomkomplex, der bei vielfacher Wiederholung im Raum die Nachbildung eines räumlichen Kristallgitters ermöglicht. Zur Vereinfachung ist es üblich, das räumliche Bild durch Diagramme zu ersetzen, in denen die Schwerpunkte von Partikeln durch Punkte dargestellt werden. An den Schnittpunkten gerader Linien befinden sich Atome; sie werden Gitterknoten genannt. Die Abstände zwischen den Mittelpunkten von Atomen, die sich auf benachbarten Gitterplätzen befinden, werden als Parameter oder Gitterperioden bezeichnet.

Ein ideales Kristallgitter ist eine mehrfache Wiederholung elementarer Kristallzellen. Ein echtes Metall ist durch das Vorhandensein einer großen Anzahl von Strukturfehlern gekennzeichnet, die die Periodizität der Anordnung von Atomen im Kristallgitter verletzen.

Es gibt drei Arten von Defekten in der Kristallstruktur: Punkt, linear und Oberfläche. Punktdefekte zeichnen sich durch kleine Größen aus, ihre Größe überschreitet nicht mehrere Atomdurchmesser. Punktdefekte umfassen: a) freie Stellen in den Knoten des Kristallgitters - Leerstellen (Schottky-Defekte); b) Atome, die sich von den Knoten des Kristallgitters in Zwischenräume verschoben haben – dislozierte Atome (Frenkel-Defekte); c) Atome anderer Elemente, die sich sowohl in den Knoten als auch in den Zwischenräumen des Kristallgitters befinden - Fremdatome. Lineare Defekte sind durch kleine Größen in zwei Dimensionen gekennzeichnet, haben aber eine signifikante Ausdehnung in der dritten Dimension. Die wichtigste Art von linearen Defekten sind Versetzungen (lat. Versetzung - Verschiebung). Oberflächendefekte haben eine geringe Dicke und signifikante Abmessungen in den anderen beiden Dimensionen. Normalerweise sind dies die Verbindungsstellen zweier orientierter Abschnitte des Kristallgitters. Sie können Korngrenzen, Fragmentgrenzen innerhalb eines Korns, Blockgrenzen innerhalb von Fragmenten sein.

Die Eigenschaften von Materialien hängen direkt von der Struktur und den Defekten ab.

Materialeigenschaften.

Physikalische Eigenschaften bestimmen das Verhalten von Materialien in thermischen, Gravitations-, elektromagnetischen und Strahlungsfeldern. Vom Wichtigen physikalische Eigenschaften Wärmeleitfähigkeit, Dichte, Längenausdehnungskoeffizient können unterschieden werden.

Die Dichte ist das Verhältnis der Masse eines homogenen Materials zu einer Einheit seines Volumens. Diese Eigenschaft ist wichtig bei der Verwendung von Materialien in der Luftfahrt- und Raketentechnik, wo die erzeugten Strukturen leicht und stark sein müssen.

Der Schmelzpunkt ist die Temperatur, bei der ein Metall vom festen in den flüssigen Zustand übergeht. Je niedriger die Schmelztemperatur des Metalls ist, desto einfacher sind die Schmelz- und Schweißprozesse und desto billiger sind sie.

Elektrische Leitfähigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, elektrischen Strom gut und ohne Wärmeverlust zu leiten. Metalle und ihre Legierungen, insbesondere Kupfer und Aluminium, haben eine gute elektrische Leitfähigkeit. Die meisten nichtmetallischen Materialien sind nicht in der Lage, Elektrizität zu leiten, was auch eine wichtige Eigenschaft ist, die in elektrischen Isoliermaterialien verwendet wird.

Wärmeleitfähigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, Wärme von stärker erhitzten Körperteilen zu weniger erhitzten zu übertragen. Metallische Werkstoffe zeichnen sich durch eine gute Wärmeleitfähigkeit aus.

Magnetische Eigenschaften, d.h. Nur Eisen, Nickel, Kobalt und ihre Legierungen können gut magnetisiert werden.

Die linearen und volumetrischen Ausdehnungskoeffizienten charakterisieren die Fähigkeit eines Materials, sich bei Erwärmung auszudehnen.

Chemische Eigenschaften charakterisieren die Neigung von Materialien, mit verschiedenen Substanzen zu interagieren, und hängen mit der Fähigkeit von Materialien zusammen, den schädlichen Wirkungen dieser Substanzen zu widerstehen. Die Fähigkeit von Metallen und Legierungen, der Einwirkung verschiedener aggressiver Medien zu widerstehen, wird als Korrosionsbeständigkeit bezeichnet, und die ähnliche Fähigkeit von nichtmetallischen Materialien wird als chemische Beständigkeit bezeichnet.

Mechanische Eigenschaften charakterisieren die Fähigkeit von Werkstoffen, der Einwirkung äußerer Kräfte zu widerstehen. Die wichtigsten mechanischen Eigenschaften umfassen Festigkeit, Härte, Schlagzähigkeit, Elastizität, Duktilität, Sprödigkeit usw.

Festigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, den schädlichen Auswirkungen äußerer Kräfte zu widerstehen.

Härte ist die Fähigkeit eines Materials, dem Eindringen eines anderen, steiferen Körpers in das Material unter der Einwirkung einer Last zu widerstehen.

Viskosität ist die Eigenschaft eines Materials, einem Bruch unter dynamischer Belastung zu widerstehen.

Elastizität ist die Eigenschaft von Materialien, ihre Größe und Form nach Beendigung der Belastung wiederherzustellen.

Plastizität ist die Fähigkeit von Materialien, ihre Größe und Form unter Einwirkung äußerer Kräfte zu ändern, ohne zu zerfallen.

Sprödigkeit ist die Eigenschaft von Werkstoffen, unter Einwirkung äußerer Kräfte ohne bleibende Verformungen zu kollabieren.

Technologische Eigenschaften bestimmen die Fähigkeit von Materialien, verschiedene Verarbeitungsarten zu durchlaufen. Gießeigenschaften sind gekennzeichnet durch die Fähigkeit von Metallen und Legierungen im geschmolzenen Zustand, den Hohlraum der Form gut auszufüllen und ihre Form genau wiederzugeben (Fließfähigkeit), das Ausmaß der Volumenreduzierung während der Erstarrung (Schrumpfung), die Neigung zur Bildung von Rissen und Poren , und die Tendenz, Gase im geschmolzenen Zustand zu absorbieren.

Zu den Betriebs- (Service-)Eigenschaften gehören Hitzebeständigkeit, Hitzebeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Strahlungsbeständigkeit, Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit usw.

Hitzebeständigkeit kennzeichnet die Fähigkeit eines Metallmaterials, einer Oxidation in einer gasförmigen Umgebung bei hoher Temperatur zu widerstehen.

Hitzebeständigkeit kennzeichnet die Fähigkeit eines Materials, mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen beizubehalten.

Verschleißfestigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, der Zerstörung seiner Oberflächenschichten während der Reibung zu widerstehen.

Strahlungsbeständigkeit kennzeichnet die Fähigkeit eines Materials, der Einwirkung nuklearer Strahlung zu widerstehen.

Frage 2: Klassifizierung von Textilfasern.

Textilfaser ist ein ausgedehnter Körper, flexibel und stark, mit kleinen Querabmessungen, begrenzter Länge, geeignet für die Herstellung von Garn und textile Materialien.

Die Klassifizierung von Fasern basiert auf ihrer chemische Zusammensetzung und Herkunft.

Je nach Herkunft werden Textilfasern in Natur- und Chemiefasern eingeteilt.

Zu den Naturfasern gehören pflanzliche, tierische und natürlichen Ursprungs, die in der Natur ohne direkte Beteiligung des Menschen entstehen. Natürliche Pflanzenfasern bestehen aus Zellulose; sie werden aus der Oberfläche von Samen (Baumwolle), Früchten (Kokos), aus Stengeln (Flachs, Ramie, Hanf, Jute usw.) und Pflanzenblättern (Abaca, Sisal) gewonnen. Naturfasern tierischen Ursprungs bestehen aus Proteinen - Keratin (Wolle verschiedener Tiere) oder Fibroin (Maulbeer- oder Eichenseidenraupe).

Chemiefasern umfassen Fasern, die in der Fabrik durch Formen aus organischen natürlichen oder synthetischen Polymeren oder anorganischen Substanzen hergestellt werden. Chemiefasern werden nach ihrer Zusammensetzung in Kunst- und Synthetikfasern eingeteilt.

Chemiefasern werden aus hochmolekularen Verbindungen gewonnen, die in enthalten sind fertig(Cellulose, Proteine). Sie werden durch chemische Verarbeitung von natürlichen Polymeren pflanzlichen und tierischen Ursprungs aus Abfällen gewonnen Zellstoffproduktion und Lebensmittelindustrie.

Ein Polymer ist eine Substanz, aus der Moleküle aufgebaut sind eine große Anzahl sich wiederholende Links. Die Rohstoffe für Polymere sind Holz, Samen, Milch etc. Textilmaterialien auf Basis künstlicher Zellulosefasern wie Viskose, Polynose, Kupfer-Ammoniak, Triacetat, Acetat haben die größte Anwendung in der Bekleidungsindustrie.

Synthetische Fasern werden durch chemische Synthese von Polymeren gewonnen, d.h. Schaffung von Substanzen mit komplexer molekularer Struktur aus einfacheren, meist aus Produkten der Öl- und Kohleverarbeitung. Dies sind Polyamid-, Polyether-, Polyurethanfasern sowie Polyacrylnitril (PAN), Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylalkohol, Polyolefin. Je nach Zusammensetzung werden synthetische Fasern auch in Carbochain und Heterochain unterteilt. Heterokettenfasern werden aus Polymeren gebildet, in deren Hauptmolekülkette neben Kohlenstoffatomen Atome anderer Elemente vorhanden sind. Fasern werden als Kohlenstoffkettenfasern bezeichnet, die aus Polymeren gewonnen werden, die nur Kohlenstoffatome in der Hauptkette von Makromolekülen aufweisen.

Materialeigenschaft Strukturdefekt

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2. Buzov B.A. Werkstoffkunde in der Produktherstellung Lichtindustrie(Nähproduktion): Lehrbuch für Schüler. höher Lehrbuch Institutionen / B.A. Buzov, N.D. Adymenkova: Hrsg. BA Buzova. - M.: Verlagszentrum "Academy", 2004 - 448 p.

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4. Metalle und Legierungen. Nachschlagewerk / V. K. Afonin und andere - NPO "Professional" St. Petersburg, 2003 - 200 p.

5. Solntsev Yu.P. "Materialwissenschaften" / Yu.P. Solntsev, E.I. Pryakhin - St. Petersburg: Himizdat, 2007, 783 S.

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Einführung

Liebe Studierende, wir beginnen mit dem Studium des Studiengangs „Allgemeine Werkstoffkunde“. Vorlesungen, die in diesem Semester gehalten werden, helfen Ihnen, die physikalische und chemische Natur der Struktur und Eigenschaften verschiedener Materialien zu verstehen. Sie erfahren, warum natürliche und künstlich hergestellte Materialien unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten, mechanische und funktionelle Eigenschaften haben, wie diese Eigenschaften miteinander zusammenhängen, wie und in welchen Grenzen sie verändert werden können. Gleichzeitig mit dem Studium dieser Themen werden Sie tiefer mit den physikalischen und chemischen Eigenschaften der Elemente vertraut gemacht, deren Informationen im Periodensystem von D.I. enthalten sind. Mendelejew. Ich möchte betonen, dass die Struktur von Atomen chemischer Elemente die Struktur und Energie der von ihnen gebildeten chemischen Bindungen bestimmt, die wiederum dem gesamten Eigenschaftskomplex von Stoffen und Materialien zugrunde liegen. Nur auf der Grundlage des Verständnisses der chemischen Wechselwirkung von Atomen ist es möglich, die in Stoffen ablaufenden Prozesse zu kontrollieren und die spezifizierten Leistungsmerkmale zu erhalten.

Wichtiger als das Studium einzelner in den Vorlesungen vorgestellter Probleme ist jedoch die Möglichkeit, die Ihnen geboten wird, die Grundlagen der Physik, der Chemie und der angewandten Wissenschaften (Thermophysik, Mechanik) für ein umfassendes Verständnis der Wechselwirkungen von Stoffen und deren zu kombinieren Eigenschaften.

In den Vorlesungen wird das Hauptaugenmerk auf die Grundlagen der Materialwissenschaften gelegt, da die moderne Materialwissenschaft auf die Gewinnung von Materialien mit gewünschten Eigenschaften abzielt und als Grundlage für wissenschaftsintensive Technologien des 21. Jahrhunderts dient.

Material eine Substanz genannt, die das Notwendige hateine Reihe von Eigenschaften, um eine bestimmte Funktion separat auszuführenoder in Kombination mit anderen Stoffen.

Die moderne Materialwissenschaft entwickelte sich in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts vollständig als Wissenschaft, was mit der rasch zunehmenden Rolle der Materialien in der Entwicklung von Technik, Technologie und Konstruktion verbunden war. Die Schaffung grundlegend neuer Materialien mit gewünschten Eigenschaften und auf deren Basis komplexeste Strukturen ermöglichten der Menschheit in kurzer Zeit beispiellose Erfolge in der Nuklear- und Raumfahrttechnik, Elektronik, Informationstechnologie, Bauwesen usw. Daran kann man denken Materialwissenschaften - Es ist ein wissenschaftlicher Erkenntniszweig, der sich mit den Eigenschaften von Stoffen und ihrer gezielten Veränderung befasst, um Materialien mit vorbestimmten Leistungsmerkmalen zu erhalten. Es baut auf den Grundlagen aller Teilbereiche der Physik, Chemie, Mechanik und verwandter Disziplinen auf und umfasst die theoretischen Grundlagen moderner wissenschaftsintensiver Technologien zur Herstellung, Verarbeitung und Anwendung von Werkstoffen. Die Grundlage der Materialwissenschaften ist das Wissen über die Prozesse, die in Materialien unter dem Einfluss verschiedener Faktoren ablaufen, über ihren Einfluss auf eine Reihe von Materialeigenschaften, über Methoden zu ihrer Überwachung und Kontrolle. Daher sind Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik zusammenhängende Wissenszweige.

Der Studiengang Werkstoffkunde und Technologie der Baustoffe dient Tore Kenntnis der Art und Eigenschaften von Materialien, Methoden zur Gewinnung von Materialien mit gewünschten Eigenschaften für die effizienteste Verwendung im Bauwesen.

Hauptaufgaben Studiengang:

Verstehen des physikalisch-chemischen Wesens der Phänomene, die in Materialien auftreten, wenn sie verschiedenen Faktoren in den Produktions- und Betriebsbedingungen ausgesetzt sind, und deren Einfluss auf die Eigenschaften der Materialien;

Stellen Sie den Zusammenhang zwischen chemischer Zusammensetzung, Struktur und Eigenschaften von Materialien her;

Studium der theoretischen Grundlagen und der Praxis der Umsetzung verschiedener Methoden zur Gewinnung und Verarbeitung von Materialien, die eine hohe Zuverlässigkeit und Haltbarkeit von Bauwerken gewährleisten;

Vermittlung von Kenntnissen über die Hauptgruppen nichtmetallischer Werkstoffe, deren Eigenschaften und Anwendungen.

Die Vorlesungen umfassen:

Grundlagen der Wechselwirkung von Atomen und Molekülen, die es ermöglichen, den Einfluss seiner chemischen Zusammensetzung und gerichteter Verarbeitungsprozesse auf die Eigenschaften eines Materials weiter zu erklären;

Die Struktur eines Festkörpers, Defekte in der Kristallstruktur und ihre Rolle bei der Bildung von Materialeigenschaften;

Die Phänomene der Wärme-, Massen- und Ladungsübertragung, die die Essenz jedes technologischen Prozesses sind;

Theoretische Grundlagen zur Gewinnung amorpher Materialstrukturen;

Elemente der Mechanik der elastischen und plastischen Verformung und Zerstörung des Materials, die der Bildung von Festigkeit und Zuverlässigkeit moderner Baustoffe und Konstruktionen zugrunde liegen, sowie Methoden zu ihrer Prüfung;

Die Aufgabe der modernen Materialwissenschaften besteht also darin, Materialien mit vorbestimmten Eigenschaften zu erhalten. Die Eigenschaften von Materialien werden durch die chemische Zusammensetzung und Struktur bestimmt, die sich aus der Gewinnung des Materials und seiner Weiterverarbeitung ergeben. Die Entwicklung von Werkstoffen und Technologien erfordert die Kenntnis der im Werkstoff ablaufenden physikalischen und chemischen Phänomene und Prozesse in den verschiedenen Stadien seiner Herstellung, Verarbeitung und Funktion, deren Vorhersage, Beschreibung und Beherrschung. Daher ist die Kenntnis der Theorie erforderlich, um kontrollierte technologische Prozesse zu schaffen, deren Ergebnis ein Material mit genau definierten Werten der Arbeitseigenschaften sein wird.

Die physikalisch-chemischen Eigenschaften eines Stoffes werden durch die elektronische Struktur seiner Atome bestimmt. Wechselwirkungen von Atomen sind in erster Linie mit der Wechselwirkung ihrer Elektronenhüllen verbunden. Daher ist es bei der Entwicklung von Materialien und Prozessen zu ihrer Herstellung notwendig, genau zu verstehen, wie verschiedene chemische Elemente Elektronen abgeben und aufnehmen und wie sich eine Änderung des elektronischen Zustands auf die Eigenschaften von Elementen auswirkt.

Lass uns erinnern elektronische Struktur des Atoms.

Die elektronische Struktur des Atoms

Vor etwa zweieinhalbtausend Jahren schlug der antike griechische Philosoph Demokrit vor, dass alle Körper um uns herum aus den kleinsten unsichtbaren und unteilbaren Teilchen bestehen - Atomen.

Aus Atomen, wie aus besonderen Ziegeln, werden Moleküle zusammengesetzt: aus identischen Atomen - Molekülen einfach, Substanzen, die aus Atomen bestehen andere Art-Moleküle schwierig Substanzen.

Bereits Ende des 19. Jahrhunderts stellte die Wissenschaft fest, dass Atome - Teilchen alles andere als „unteilbar“ sind, wie es die antike Philosophie vorstellte, sondern wiederum aus noch kleineren und sozusagen noch einfacheren Teilchen bestehen. Derzeit ist die Existenz von etwa dreihundert Elementarteilchen, aus denen Atome bestehen, mehr oder weniger sicher nachgewiesen.

Um chemische Umwandlungen zu untersuchen, reicht es in den meisten Fällen aus, die drei Teilchen anzugeben, aus denen das Atom besteht: Proton, Elektron uNeutron.

Ein Proton ist ein Teilchen mit einer Masse, die herkömmlicherweise als Einheit genommen wird (1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms) und einer Einheit positiver Ladung. Protonenmasse - 1,67252 x 10 -27 kg

Ein Elektron ist ein Teilchen mit praktisch keiner Masse (1836-mal weniger als die eines Protons) und einer einzigen negativen Ladung. Die Masse eines Elektrons beträgt 9,1091 x 10 -31 kg.

Ein Neutron ist ein Teilchen mit einer Masse, die fast gleich der Masse eines Protons ist, aber keine Ladung hat (neutral). Die Masse des Neutrons beträgt 1,67474 x 10 -27 kg.

Die moderne Wissenschaft stellt sich das Atom grob angeordnet vor, so wie unseres verdreifacht ist. Sonnensystem: im Zentrum des Atoms ist Ader(die Sonne), um die Elektronen in relativ großem Abstand kreisen (wie Planeten um die Sonne). Dieses "planetare" Atommodell, das 1911 von Ernest Rutherford vorgeschlagen und 1913 durch Bohrs Postulate verfeinert wurde, hat bis heute seine Bedeutung behalten.

Im Kern, der aus Protonen und Neutronen besteht und einen sehr kleinen Teil des Atomvolumens einnimmt, konzentriert sich die Hauptmasse des Atoms (die Masse der Elektronen wird bei chemischen Berechnungen von Atom- und Molekülmassen normalerweise nicht berücksichtigt). .

Die Anzahl der Protonen im Kern bestimmt Aussicht Atom. Insgesamt sind inzwischen mehr als hundert Atomsorten entdeckt worden, die in der Elementtabelle unter Zahlen dargestellt sind, die der Anzahl der Protonen im Kern entsprechen.

Das einfachste Atom enthält nur ein Proton im Kern: Es ist ein Wasserstoffatom. Ein komplexeres Heliumatom hat bereits zwei Protonen im Kern, das dritte (Lithium) hat drei und so weiter. Eine bestimmte Art von Atom wird als Element bezeichnet.

2. Struktur und Eigenschaften von Ausrüstungsmaterialien

Die interne Struktur von Materialpals

Festkörper können je nach Aggregatzustand und Stabilität eine streng geordnete Struktur – kristallin – oder eine ungeordnete, chaotische Struktur – amorph – aufweisen.

Die Beschaffenheit der an den Knoten des Kristallgitters befindlichen Teilchen und die vorherrschenden Wechselwirkungskräfte (chemische Bindungen) bestimmen die Beschaffenheit des Kristallgitters: atomar mit kovalenten Bindungen, molekular mit Van-der-Waals- und Wasserstoffbrückenbindungen, ionisch mit ionischen Bindungen, metallisch mit metallischen Bindungen.

Atomgitter besteht aus neutralen Atomen, die durch kovalente Bindungen verbunden sind. Substanzen mit kovalenten Bindungen zeichnen sich durch hohe Härte, Unschmelzbarkeit und Unlöslichkeit in Wasser und in den meisten anderen Lösungsmitteln aus. Diamant und Graphit sind Beispiele für Atomgitter. Die Energie kovalenter Bindungen beträgt 600 bis 1000 kJ/mol

Molekulares Gitter aus ihren Molekülen (I 2 , Cl 2 , CO 2 usw.) aufgebaut, die durch intermolekulare oder Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden sind. Intermolekulare Bindungen haben einen kleinen Energiewert, nicht mehr als 10 kJ/mol; Wasserstoffbrückenbindungen sind etwas größer (20–80 kJ/mol), daher haben Substanzen mit einem Molekülgitter eine geringe Festigkeit, einen niedrigen Schmelzpunkt und eine hohe Flüchtigkeit. Solche Stoffe leiten keinen Strom. Substanzen mit einem Molekülgitter umfassen organische Materialien, Edelgase und einige anorganische Substanzen.

Ionengitter von Atomen mit sehr unterschiedlicher Elektronegativität gebildet. Es ist charakteristisch für Verbindungen von Alkali- und Erdalkalimetallen mit Halogenen. Ionenkristalle können auch aus mehratomigen Ionen bestehen (z. B. Phosphate, Sulfate etc.). In einem solchen Gitter ist jedes Ion von einer bestimmten Anzahl seiner Gegenionen umgeben. Beispielsweise ist im Kristallgitter von NaCl jedes Natriumion von sechs Chloridionen umgeben, und jedes Chloridion ist von sechs Natriumionen umgeben. Aufgrund der Ungerichtetheit und Ungesättigtheit der Ionenbindung kann der Kristall als riesiges Molekül betrachtet werden, und der übliche Begriff eines Moleküls verliert hier seine Bedeutung. Substanzen mit einem Ionengitter zeichnen sich durch einen hohen Schmelzpunkt, geringe Flüchtigkeit, hohe Festigkeit und erhebliche Energie des Kristallgitters aus. Diese Eigenschaften bringen ionische Kristalle näher an atomare. Die Bindungsenergie des Ionengitters ist nach einigen Quellen etwa gleich kleiner als die Energie des kovalenten Gitters.

Metallgitter Metalle bilden. Metallionen befinden sich an den Gitterplätzen, und Valenzelektronen sind im gesamten Kristall delokalisiert. Solche Kristalle können als ein riesiges Molekül mit einem einzigen System von Molekülorbitalen mit mehreren Zentren betrachtet werden. Die Elektronen befinden sich in den bindenden Orbitalen des Systems, und die antibindenden Orbitale bilden das Leitungsband. Da die Bindungsenergie der bindenden und lösenden Orbitale nahe beieinander liegt, gelangen die Elektronen leicht in das Leitungsband und bewegen sich innerhalb des Kristalls, wobei sie sozusagen ein Elektronengas bilden. Im Tisch. 3.1 als Beispiel die Bindungsenergien für Kristalle mit Anderer Typ Verbindungen.

Die geordnete Anordnung von Partikeln in einem Kristall bleibt über große Entfernungen und bei ideal geformten Kristallen über das gesamte Volumen des Materials erhalten. Diese Anordnung der Struktur von Festkörpern wird genannt ferne Ordnung.