Problemas en Ciencia de Materiales
Contenido
Prefacio
Problemas y Soluciones Solucio nes
1 Estructura atómica y enlace 2 Estructura cristalina 3 Defectos
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4 Defectos superficiales 43 5 Soluciones Solidas 48 6 Difusión Atómica 56
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Problemas en Ciencia de Materiales
Prefacio CUAL ES EL OBJETIVO DE ESTE LIBRO Generalmente los estudiantes han visto a la ciencia de materiales como una materia difícil de entender y aprender. A pesar de la publicación de varios libros de texto sobre la materia, cada uno con el objetivo de proporcionar un avance sobre los anteriores, los estudiantes siguen quedándose perplejos como resultado de las numerosas condiciones que regularmente se tienen que recordar y correlacionar para resolver un problema. Varias posibles interpretaciones de los términos usados también contribuyen a las dificultadas experimentadas por los estudiantes. En un estudio del problema, se han descubierto las siguientes siguientes razones básicas bás icas en referencia a las dificultades de los estudiantes con la ciencia de materiales enseñada en las escuelas: (a) No se han desarrollado reglas sistemáticas de análisis las cuales puedan seguir los estudiantes de una manera paso a paso para resolver los pro blemas. Esto es resultado del hecho de las números condiciones y principios que pueden estar involucrados en un problema, resultando en muchos métodos posibles para resolverlo. El prescribir una serie de reglas a seguir para cada una de las posibles variaciones involucraría una enorme cantidad de reglas y pasos para ser buscados por los estudiantes y esta tarea sería aun más pesada que resolver el problema directamente acompañado de algo de prueba y error para encontrar la ruta correcta. (b) Los libros de texto disponibles actualmente explican un principio dado en unas cuantas páginas escritas por un profesional que tiene una interpretación sobre la materia la cual no es compartida por los estudiantes. Las explicaciones generalmente están escritas de una manera abstracta dejando a los estudiantes confundidos en cuanto a la aplicación de dicho principio. Las explicaciones proporcionadas no son suficientemente detalladas y extensas para hacer que los estudiantes se den cuenta del amplio rango de aplicaciones aplicaciones y los diferentes aspectos del principio estudiado. Las numerosas posibles variaciones y sus aplicaciones usualmente no son discutidas y por consiguiente queda en los estudiantes descubrirlas por si mismos mientras realizan ejercicios. De esta forma se espera que el estudiante redescubra aquello que se ha conocido y practicado por largo tiempo pero no publicado o explicado de manera extensa. (c) Los ejemplos que usualmente siguen a la explicación de un tópico son muy pocos y muy simples para permitir que el estudiante tenga un conocimiento profundo de los principios implicados. Las explicaciones nos proveen bases suficientes para permitir al estudiante resolver problemas que puedan ser asignados subsecuentemente subsecuentemente como tarea o en exámenes. Los ejemplos son presentados de una forma abreviada la cual deja fuera mucho material entre cada paso requiriendo que los estudiantes lo deriven por si mismos. Como resultado de esto los estudiantes encuentran los ejemplos difíciles de entender contrario al objetivo de los ejemplos.
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Problemas en Ciencia de Materiales
Los ejemplos son, por consiguiente, escritos generalmente de una manera confusa. No plantean el problema y luego presentan la solución. En vez de eso, pasan a través de una discusión general, nunca revelando lo que se tiene que resolver. Además los ejemplos no siempre incluyen diagramas o gráficos, cuando estos sean adecuados, y los estudiantes no obtienen el entrenamiento para dibujar dichos diagramas o gráficos para simplificar simplificar y organizar sus pensamientos. (d) Los estudiantes pueden aprender la materia solamente haciendo los ejercicios por sí mismos y revisándolos en clase, esto para obtener la experiencia aplicando los principios con sus diferentes ramificaciones. Al hacer los ejercicios por si mismos los estudiantes descubren que necesitan invertir considerablemente más tiempo a la Ciencia de Materiales que a otras materias comparadas en importancia debido a la incertidumbre con respecto a la selección y aplicación de los teoremas y principios involucrados. Es, en algunas ocasiones, necesario para l os estudiantes descubrir “trucos” no revelados en sus textos (o libros de referencia), que les permitan resolver los problemas de manera más fácil. Los estudiantes deben usualmente recurrir a métodos de prueba y error para descubrir dichos trucos, y como resultado se dan cuenta de que deberán algunas veces gastar varias horas para resolver un solo problema. (e) Cuando se revisan los ejercicios en clase, los instructores usualmente usualmente solicitan que los alumnos tomen turnos para escribir soluciones en el pizarrón y explicarlas a la clase. Los estudiantes regularmente encuentran difícil de explicarlo de una manera que llame la atención de la clase, permitiendo al resto de los estudiantes comprender el material escrito en la pizarra, escuchando la explicación oral y además concentrarse en los métodos para resolverlo. Este libro está encaminado a ayudar a los estudiantes de la Ciencia de Materiales a superar las dificultades antes mencionadas, proporcionando ilustraciones detalladas de los métodos de solución los cuales usualmente no son aparentes para los eestudiantes studiantes.. Los métodos de solución son ilustrados por problemas seleccionados de entre aquellos que son comúnmente asignados para trabajo en clase o exámenes. Los problemas están acomodados por orden de complejidad para permitir a los estudiantes aprender y entender un tópico en particular revisando los problemas en secuencia. Dichos problemas son ilustrados con explicaciones detalladas paso a paso para ahorrarles a los estudiantes la gran cantidad de tiempo que usualmente se necesitaría para llenar los espacios generalmente encontrados entre los pasos ilustrados en libros de texto o de referencia. Al usar este libro los estudiantes deberán revisar y estudiar los problemas problemas ilustrados a su propio ritmo, no estarán limitados al tiempo permitido para explicar problemas del pizarrón en clase. Cuando los estudiantes quieren fijarse en un tipo particular de problema y solución, pueden localizarlo rápidamente en el libro consultando el índice, el cual ha sido preparado extensivamente. También es posible localizar un particular tipo de problemas echando un vistazo a las porciones de material encuadradas. Para facilitar la búsqueda de los problemas, cada uno cuenta con un borde grueso alrededor. Así mismo, cada problema está identificado con un número arriba de él en el margen derecho. 3
