Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail předmětu
FSI-5FM-AAk. rok: 2027/2028
Chcete se posunout od pouhého popisu materiálů k jejich skutečnému pochopení? Předmět Fyzika materiálů (5FM-A) vám ukáže, co se odehrává uvnitř pevných látek a jak tyto mikroskopické děje určují jejich výsledné vlastnosti a chování reálných konstrukcí.
Předmět poskytuje ucelený fyzikální základ pro pochopení procesů probíhajících v materiálech, a vytváří tak předpoklady pro hlubší porozumění moderním výrobním technologiím, jako jsou tváření, svařování, obrábění či slévárenství. Nezaměřujeme se však pouze na kovy; získáte také interdisciplinární pohled na technickou keramiku a polymery. Důraz je kladen na pochopení fyzikálních souvislostí mezi vnitřní stavbou, mikrostrukturou, vlastnostmi a chováním materiálů. Takové porozumění umožňuje samostatněji posuzovat materiálové problémy a kvalifikovaně rozhodovat při návrhu součástí i vývoji výrobních technologií.
Jazyk výuky
Počet kreditů
Příslušnost k typu studijního programu
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Nabízen zahraničním studentům
Vstupní znalosti
Předmět staví na základních znalostech materiálových věd, obecné chemie a fyziky z nižších ročníků. Předpokládá se orientace v základech krystalografie, povědomí o rovnovážných a nerovnovážných fázových přeměnách a schopnost vnímat vztahy mezi strukturou a vlastnostmi materiálů. Na tyto základy během semestru systematicky navazujeme a potřebné fyzikální a termodynamické koncepty propojujeme přímo s konkrétními materiálovými ději a praktickými příklady.
Způsob zakončení předmětu a pravidla hodnocení studentů
Podmínkou udělení zápočtu je 100% účast na cvičeních, odevzdání všech protokolů z laboratorních cvičení na odpovídající věcné i grafické úrovni a úspěšné absolvování dvou semestrálních testů. Účast na cvičeních je povinná a případná neúčast musí být řádně omluvena. V případě omluvené absence bude příslušné téma nahrazeno formou individuálního zadání.
Závěrečná zkouška se skládá z písemné a ústní části. V písemné části jsou prověřovány znalosti tematických okruhů, se kterými jsou studenti seznámeni na začátku semestru. V ústní části student prokazuje dílčí znalosti a schopnost vyvozovat souvislosti a závěry.
Výsledná klasifikace zahrnuje hodnocení laboratorních cvičení, výsledek písemné zkoušky a ústního pohovoru.
Učební cíle
Cílem předmětu je naučit vás porozumět vnitřní stavbě materiálů a na jejím základě logicky interpretovat jejich vlastnosti a chování. Pochopíte, jak poruchy krystalové struktury, difúzní procesy a fázové přeměny ovlivňují výslednou mikrostrukturu a vlastnosti materiálu. Osvojíte si fyzikální základy elastické a plastické deformace, porušování materiálů a základní principy lomové mechaniky. Seznámíte se také s fyzikální podstatou vybraných tepelných, elektrických, magnetických a optických vlastností a s korozními a dalšími degradačními procesy materiálů.
Tento povinně volitelný předmět ve 3. ročníku tvoří vhodný základ zejména pro studenty, kteří se chtějí dále zabývat materiálovými vědami, materiálovým inženýrstvím, aplikovanou fyzikou nebo příbuznými technickými obory. Hlubší pochopení fyzikální podstaty materiálů je však přínosné také pro budoucí konstruktéry, výpočtáře a technology, protože jim umožňuje lépe pracovat s reálnými materiálovými vlastnostmi a limity při návrhu a výrobě strojních součástí.
Studijní opory
Studijní opory tvoří prezentace z přednášek, podklady k laboratorním cvičením a doporučená odborná literatura. Elektronické studijní materiály jsou studentům zpřístupněny prostřednictvím e-learningu.
Základní literatura
Doporučená literatura
Zařazení předmětu ve studijních plánech
specializace STI , 3 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
Přednáška
Vyučující / Lektor
Osnova
Stavba hmoty. Atomová a elektronová struktura, periodická soustava prvků, meziatomové vazby a jejich vliv na vlastnosti pevných látek.
Vnitřní struktura materiálů. Krystalické a amorfní látky, krystalové struktury kovů, keramiky a polymerů. Bodové, čárové a plošné poruchy a jejich význam.
Termodynamika čistých látek. Termodynamické zákony, vnitřní energie, entropie a termodynamické potenciály. Fázová rovnováha, stabilita a fázové přeměny čistých látek.
Termodynamika roztoků a chemických sloučenin. Gibbsova energie směšování, chemický potenciál, termodynamická aktivita. Stabilita fází a rovnovážné fázové diagramy vícesložkových soustav.
Kinetika fázových přeměn. Termodynamické hnací síly a aktivační bariéry, nukleace a růst nových fází. Difúzní mechanismy, Fickovy zákony a kinetika mikrostrukturních změn.
Krystalizace kovů a slitin. Tuhnutí čistých kovů a slitin, dendritický růst, segregace a vznik polykrystalické struktury. Precipitace a vývoj mikrostruktury v tuhém stavu.
Fázové přeměny v tuhém stavu. Difúzní, částečně difúzní a bezdifúzní přeměny. Rozpad tuhých roztoků, eutektoidní, bainitická a martenzitická přeměna.
Mechanické vlastnosti materiálů. Elastická a plastická deformace, dislokace a mechanismy zpevnění. Vliv mikrostruktury na mechanické vlastnosti, odpevňovací procesy a časově závislá deformace.
Porušování materiálů. Fyzikální podstata lomu, základy lomové mechaniky, tvárný a křehký lom. Únavové a creepové porušování, vliv mikrostruktury na odolnost proti lomu.
Tepelné, elektrické, magnetické a optické vlastnosti materiálů. Fyzikální mechanismy jednotlivých vlastností, elektronové a vibrační stavy pevných látek, transportní procesy.
Koroze a degradace materiálů. Termodynamické a kinetické základy koroze, elektrochemické mechanismy, druhy korozního napadení a možnosti ochrany materiálů.
Laboratorní cvičení
Stavba atomu. Elektronová struktura a chemická vazba.
Krystalografie. Defekty krystalové mřížky.
Termodynamika čistých látek. Určování teplotních závislostí entalpie, entropie a Gibbsovy energie.
Termodynamika roztoků. Stanovení termodynamické aktivity metodou nosného plynu.
Entalpické diagramy. Konstrukce a interpretace entalpických diagramů základních rovnovážných fázových diagramů.
Entalpické diagramy soustavy Fe–Fe₃C. Aplikace entalpických diagramů na soustavu železo–cementit.
Difúze. První a druhý Fickův zákon.
Difúze. Difuzivita uhlíku při cementaci.
Kvantitativní metody hodnocení struktur. Stanovení velikosti zrna a aplikace Hallova–Petchova vztahu.
Přeměny přechlazeného austenitu. Tvorba proeutektoidního feritu.
Přeměny přechlazeného austenitu. Konstrukce diagramů IRA a ARA.
Plastická deformace. Stanovení exponentu deformačního zpevnění.
Struktura a vlastnosti polymerů.