Esercizi Lezione 5

Esercizio 5.1

Descrivere i meccanismi di diffusione atomica, e i fattori che influenzano il processo.

Esercizio 5.2

Alcuni atomi interstiziali si muovono da un sito all'altro alla velocità di 8 * 10⁸ salti/s a 600°C, e 11 x 10¹⁰ salti/s a 900°C. Calcolare l’energia di attivazione Q in questo processo.

Soluzione:

Il tasso di diffusione (rate) degli atomi è correlato alla temperatura dall’equazione di Arrhenius:

Rate = c₀ exp (-Q/RT)

dove:

R: costante universale dei gas ≈ 8,314 J/(mol*K) ≈ 1,987 cal/(mol*K)

T: temperatura assoluta (K)

Q: energia di attivazione (cal/mol)

c₀: costante di velocità

Per scrivere correttamente l’eq. di Arrhenius occorre convertire preliminarmente valori di temperatura in Kelvin (K):

T = 600 + 273 = 873 K

T = 900 +273 = 1173 K

Scrivere l’equazione di Arrhenius per ognuno dei due casi (a 600°C e 900°C) sostituendo i dati:

Esercizio 5.3

Uno strato di ossido di magnesio MgO (spessore 0.5 mm) viene depositato tra due strati di metallo (nickel e tantalio) in modo da costituire una barriera tra i due. Alla temperatura di 1400°C gli ioni nickel diffondono attraverso l'ossido di magnesio, con un coeff. diffusione ioni pari a 9 x 10^-12 cm²/s. Determinare il numero di ioni nickel che passano nell'unità di tempo verso il tantalio (Parametro reticolare nickel= 3.6 x 10^-8 cm). Applicare la prima legge di Fick.

Esercizio 5.4

Quale meccanismo di diffusione: interstiziale o per vacanze è più favorito? Spiegare perchè.

Esercizio 5.5

Indicare quale è in un reticolo cristallino il meccanismo di diffusione delle vacanze sostituzionali.

Esercizio 5.6

Esegui uno studio di funzione per la funzione di Arrhenius in funzione della temperatura e rappresenta la funzione su scala lineare e su scala logaritmica.