Übung 5.2-1

Schnelle Fragen zu

5.2 Freie Energie und Minimierungsprinzip

Hier sind einige schnelle Fragen zu 5.2.1: Minimiere die freie Energie
Wie ist freie Energie definiert? Warum kann diese Formel eine Balance zwischen minimaler Energie und maximaler Unordnung ausdrücken?
Was ist das allgemeine Prinzip für einen thermodynamischen Gleichgewichtszustand?
Warum braucht man bei sehr tiefen Temperaturen nur die Energie minimieren?
Erkläre mit dem Prinzip der Minimierung der freien Energie warum Festkörper schmelzen.
Erkläre qualitativ und mit Formeln, warum es sich für einen Kristall "lohnt" Energie zur Erzeugung für Leerstellen zu investieren, und wie das mit der Temperatur zusammenhängt.
Erkläre qualitativ warum hohe Konzentrationen von extrinsischen atomaren Fehlstellen beim Abkühlen zu Ausscheidungen führen.
 
Hier sind einige schnelle Fragen zu 5.2.2: Berechnung der Leerstellenkonzentration und Verallgemeinerung
Schreibe mit Hilfe der Stirlingformel den folgenden Ausdruck für den Differentialquotient der Entropie von n Leerstellen in einem Kristall aus N Atome so um, dass differenziert werden kann
dSn
dn
 =  k ·  d
dn
æ
è

ln N! – [ln n! + ln (N – n)!] ö
ø
Gebe die Formel für die Leerstellenkonzentration cV in einem Kristall.
Berechne die Konzentration dicht unterhalb des Schmelzpunktes für alltägliche Metalle. Schmelzpunkte findet man hier. Für Bildungsenergien nimmt man den typischen Wert von ????.
Wie kann die Formel für die Gleichgewichtskonzentration an Eigenzwischengitteratomen und extrinsischen Fremdatomen nur lauten? Was bedeutet in diesem Fall die Energie? Was bedeutet das für den Zustand eines Kristalls mit einer festen Konzentration eines Fremdatoms?
Warum haben alle Kristalle bei hoher Temperatur das Bedürfnis zu verdrecken?
     

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© H. Föll (MaWi für ET&IT - Script)