Χημικοί Μηχανικοί ΕΜΠ
A Story of Success
Η Ανωτάτη Σχολή Χημικών Μηχανικών τυπικά αρχίζει τη ζωή της με τη δημοσίευση του νόμου 980 της 24 και 30-10-1917 και την έκδοση του νομοτελεστικού διατάγματος της 11ης Νοεμβρίου 1917. Η έναρξη το έτος αυτό αποτελεί το επιστέγασμα μιας σειράς γεγονότων, που έδειξαν την αναγκαιότητα της αυτοδυναμίας της Σχολής Χημικών Μηχανικών. Τα γεγονότα αυτά, που ξεκίνησαν ευθύς μετά την ίδρυση του Πολυτεχνείου το 1837, οριοθετούν την περίοδο πριν από την ίδρυση της Σχολής.
Η επόμενη περίοδος αφορά το χρονικό διάστημα από το 1917 έως τον Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο.
Ως τρίτη περίοδος της Σχολής Χημικών Μηχανικών μπορεί να θεωρηθεί το διάστημα αμέσως μετά τον Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο μέχρι σήμερα. Το τελευταίο αυτό διάστημα θα μπορούσε επίσης να χωριστεί σε επιμέρους περιόδους, με βάση σημαντικά συμβάντα στην εξέλιξη της Σχολής. Παρακάτω θα αναφερθούν συνοπτικά τα σπουδαιότερα γεγονότα που χαρακτηρίζουν αυτές τις περιόδους.
Μαθήματα 1ου έτους
Click to Download
Μαθηματικά Ι (Συναρτήσεις μιας Μεταβλητής)
Εισαγωγή στους πραγματικούς αριθμούς. Ακολουθίες και Σειρές. Σύγκλιση και συνέχεια συναρτήσεων. Αντίστροφες τριγ. συναρτήσεις και υπερβολικές συναρτήσεις.
Διαφορικός Λογισμος (Θεώρημα Τaylor κλπ.). Δυναμοσειρές. Ολοκληρωτικός Λογισμός (Ορισμοί, Τεχνική ολοκλήρωσης). Εφαρμογές ορισμένου ολοκληρώματος.
Γενικευμένα ολοκληρώματα. Διαφορικές εξισώσεις α΄ τάξης και δεύτερης τάξης με σταθερούς συντελεστές.
Ανόργανη Χημεία
Τα βασικά αντικείμενα του μαθήματος είναι: i) η δομή των ατόμων, ii) η περιοδικότητα των φυσικών και χημικών τους ιδιοτήτων, iii) τα είδη των χημικών δεσμών, iv) η δομή και η γεωμετρία των μορίων και v) η σύνδεση της ατομικής/μοριακής δόμησης με την μακροσκοπική συμπεριφορά των υλικών.
Παράλληλα με τη διδασκαλία, το μάθημα περιλαμβάνει και ατομική εργαστηριακή εκπαίδευση των φοιτητών, η οποία στοχεύει αφενός μεν σε μια πρώτη εργαστηριακή προσέγγιση στις βασικές διεργασίες της χημικής μηχανικής, αφετέρου δε στην εκμάθηση των καλών εργαστηριακών πρακτικών και των κανόνων ασφαλείας στο χημικό εργαστήριο.
Φυσική Ι
Διανυσματική διατύπωση των φυσικών νόμων. Νόμοι του Νεύτωνα. Δυνάμεις: βαρυτικές, ηλεκτρικές, μαγνητικές. Εξίσωση κίνησης. Μελέτη της κίνησης σε 1 και 3 διαστάσεις. Συστήματα αναφοράς. Διατήρηση της ορμής. Κρούσεις. Συστήματα με μεταβλητή μάζα. Έργο. Κινητική ενέργεια. Διατηρητικές δυνάμεις. Δυναμική ενέργεια. Διατήρηση της ενέργειας. Κίνηση συστημάτων σωματιδίων. Ροπή δύναμης. Στροφορμή. Ροπή αδράνειας. Διατήρηση της στροφορμής. Μελέτη της κίνησης του στερεού σώματος.
Ταλαντώσεις. Αρμονικός ταλαντωτής. Αρμονικός ταλαντωτής με απόσβεση. Εξαναγκασμένες ταλαντώσεις. Συζευγμένες ταλαντώσεις δύο και πολλών βαθμών ελευθερίας. Κυματική εξίσωση. Κυματική κίνηση σε μηχανικά συστήματα.
Αναλυτική Χημεία
Εισαγωγή, Ταξινόμηση των αναλυτικών μεθόδων, Δειγματοληψία, επεξεργασία δείγματος, μετρήσεις και στατιστική επεξεργασία αυτών. Χημική ισορροπία (θεωρία οξέων-βάσεων, θεωρία συμπλόκων, οξειδοαναγωγής και καταβύθισης). Ποιοτική ανάλυση. Ποσοτική ανάλυση: ογκομετρικοί προσδιορισμοί (οξυμετρία-αλκαλιμετρία, συμπλοκομετρία, ογκομετρήσεις οξειδοαναγωγής, ογκομετρήσεις καταβύθισης). Σταθμική ανάλυση. Επιλογή της αναλυτικής μεθόδου. Το αναλυτικό εργαστήριο και η διαχείριση του.
Θερμοδυναμική Ι
Η εξεταστέα ύλη του μαθήματος καλύπτει τις παρακάτω ενότητες:
Μορφές ενέργειας
Διαγράμματα φάσεων καθαρών ουσιών.
Α Θερμοδυναμικό αξίωμα για κλειστά και ανοικτά συστήματα.
Β Θερμοδυναμικό αξίωμα. Αρχές λειτουργίας θερμικών και ψυκτικών κύκλων.
Υπολογισμοί εντροπικών μεταβολών. Απωλεσθέν έργο.
Διαθέσιμη ενέργεια/Εξέργεια
Θερμοδυναμική ανάλυση απλών κύκλων ισχύος.
Σύνθετοι κύκλοι ισχύος.
Μέθοδοι πρόρρησης φυσικών ιδιοτήτων. Ογκομετρική συμπεριφορά καθαρών ουσιών.
Η παραπάνω ύλη περιέχεται στα Κεφάλαια 1 ως 10 του βιβλίου «Α.Θ. Παπαϊωάννου, Θερμοδυναμική: ΤΟΜΟΣ I, Αθήνα, 2007» και στο κεφάλαιο για τα κύκλα ισχύος που αναρτήθηκε στο Υλικό στην ιστοσελίδα του μαθήματος
Μαθηματικά IΙ (Γραμμική Άλγεβρα)
Άλγεβρα διανυσμάτων, Ευθεία στο χώρο και επίπεδο. Επιφάνειες και καμπύλες του χώρου. Βασικές επιφάνειες 2ου βαθμού. Πίνακες, Ορίζουσες, Γραμμικά συστήματα, Χαρακτηριστικά μεγέθη πινάκων, Διαγωνοποίηση πίνακα, Θεώρημα Cayley-Hamilton. Διανυσματικοί χώροι, υπόχωροι, βάση και διάσταση διανυσματικών χώρων. Γραμμικές απεικονίσεις. Διανυσματικοί χώροι με εσωτερικό γινόμενο. Ορθοκανονικές βάσεις. Ορθογώνιο συμπλήρωμα. Αυτοσυζυγείς και ισομετρικοί γραμμικοί μετασχηματισμοί και οι αντίστοιχοι πίνακες.
Μαθηματικά IΙΙ (Συναρτήσεις Πολλών Μεταβλητών)
Εισαγωγή στους Ευκλείδειους χώρους.Συναρτήσεις πολλών μεταβλητών - επιφάνειες.
Ορια και συνέχεια.Διανυσματικές συναρτήσεις μιας μεταβλητής ( Παράγωγος-Καμπύλες-Τρίεδρο Frenet-Μοναδιαία διανύσματα σε πολικές, κυλινδρικές και σφαιρικές συντεταγμένες). Διαφορίσιμες συναρτήσεις (Μερική παράγωγος-Παράγωγος ως προς κατεύθυνση-Ολική παράγωγος-Διαφορικές και εφαρμογές-Gradient-div-rot. Θεώρημα Taylor-Πεπλεγμένες συναρτήσεις. Σχετικά ακρότατα και ακρότατα υπό συνθήκη. Διπλό ολοκλήρωμα. Τριπλό ολοκλήρωμα. Επικαμπύλια ολοκληρώματα. Επιφανειακά ολοκληρώματα. Θεωρήματα Stokes και Gauss.
Τεχνική Μηχανική
Εισαγωγή στη Στατική, Διαγράμματα αξονικών δυναμεων, τεμνουσών δυνάμεων, καμπτικών ροπών. Εισαγωγή στην Αντοχή Υλικών, Εφελκυσμός, Θλίψη, Ανάλυση έντασης στο χώρο, Διαξονική ένταση, Κύκλος Mohr, Νόμος Hooke, Κάμψη, Ροπές αδράνειας, Επίπεδη καθαρή κάμψη, Λοξή καθαρή κάμψη, Δοκός με λεπτά τοιχώματα, Ασύμμετρη Διατομή, Στρέψη, Έργο Παραμόρφωσης, Ελαστική Γραμμή, Κελυφωτοί Φορείς, Λεπτότοιχα Δοχεία Πίεσης.
Φυσική ΙΙ
Ηλεκτρικό φορτίο. Νόμος του Coulomb. Ηλεκτροστατικό πεδίο. Νόμος του Gauss. Ηλεκτρικό δυναμικό. Εξισώσεις Poisson και Laplace. Ηλεκτροστατική ενέργεια. Αγωγοί. Διηλεκτρικά. Πόλωση. Χωρητικότητα, πυκνωτές. Κινούμενα φορτία, ηλεκτρικό ρεύμα, νόμος του Ohm. Μαγνητικό πεδίο. Συμπεριφορά της ύλης στο ηλεκτρικό και το μαγνητικό πεδίο. Δύναμη Lorentz. Νόμοι του Ampere και των Biot-Savart. Επαγωγή, νόμος του Faraday. Ρεύμα μετατόπισης. Εξισώσεις του Maxwell. Ηλεκτρομαγνητικά κύματα: διάδοση, πόλωση, συμβολή, περίθλαση.
Γεωμετρική οπτική. Βασικοί νόμοι της οπτικής: ανάκλαση, διάθλαση. Φακός, πρίσμα. Διασπορά, οπτικό φάσμα. Οπτικά όργανα. Φασματοσκόπια, φασματογράφοι.
Το μάθημα περιλαμβάνει εργαστηριακή εξάσκηση.
Μαθήματα 2ου έτους
Click to Download
Ενόργανη Χημική Ανάλυση (ΦMA)
Εισαγωγή. Ταξινόμηση Ενόργανων Αναλυτικών Μεθόδων. Οπτικές Μέθοδοι : Απορρόφηση ακτινοβολίας, Εκπομπή Ακτινοβολίας, Οργανολογία (Μονοχρωμάτορες, Χειρισμός του δείγματος, Ανιχνευτές, Οργανα απλής - διπλής δέσμης). Φασματομετρία ορατού - υπεριώδους UV - VIS. Υπέρυθρη Φασματομετρία IR. Φασματομετρία ατομικής απορρόφησης - Φλογοφωτομετρία. Φασματομετρία ακτίνων X (απορρόφηση, περίθλαση, φθορισμός). Θερμικές μέθοδοι: Θερμοβαρυμετρία, Διαφορική Θερμοβαρυμετρία, Διαφορική Θερμική Ανάλυση, Διαφορική Θερμιδομετρία Σάρωσης. Ηλεκτρομετρικές μέθοδοι: Κατηγορίες ηλεκτροδίων, Διακρίσεις Ηλεκτρομετρικών Μεθόδων, Ηλεκτρόδια συγκέντρωσης, Πολαρογραφία. Xρωματογραφικές μέθοδοι: Αέρια Χρωματογραφία - GC, Υγρή χρωματογραφία Υψηλής Απόδοσης - HPLC. Συνδυασμένες αναλυτικές τεχνικές: Αέρια χρωματογραφία Φασματομετρία Μάζας, Θερμοζυγός - Φασματομετρία μάζας (TG-MS). Φασματομετρία Ατομικής Εκπομπής με επαγωγικά συνεζευγμένο πλάσμα (ICP-AES). Μεθοδοι για ποιοτικές - ποσοτικές μετρήσεις στην χημική ανάλυση. Επιλογή αναλυτικής μεθόδου σε προβλήματα χημικών διεργασιών και ελέγχου περιβαλλοντικών παραμέτρων.
Θερμοδυναμική II
Εισαγωγή στη Θερμοδυναμική Χημικής Μηχανικής. Διαμοριακές δυνάμεις. Μερικές γραμμομοριακές ιδιότητες. Πρόρρηση ιδιοτήτων μιγμάτων. Τάση διαφυγής. Ιδιότητες ανάμιξης. Ιδιότητες περίσσειας. Ισορροπία ατμού-υγρού σε χαμηλές πιέσεις. Συντελεστές ενεργότητας (εξάρτηση από πίεση, θερμοκρασία, συγκέντρωση, μοντέλα υπολογισμού). Υπολογισμοί σημείου φυσαλίδας και δρόσου σε χαμηλές πιέσεις. Πρόρρηση πολυσυστατικής ισορροπίας φάσεων σε χαμηλές πιέσεις από δυαδικά δεδομένα. Πρόρρηση ισορροπίας φάσεων με UNIFAC. Ισορροπία ατμού-υγρού σε υψηλές πιέσεις (μέθοδοι υπολογισμού συντελεστών κατανομής, υπολογισμοί σημείου δρόσου, βρασμού και εκτόνωσης). Ισορροπία χημικών αντιδράσεων (υπολογισμοί σταθεράς ισορροπίας, υπολογισμός μετατροπής αντιδράσεις σε αέρια φάση, υπολογισμός μετατροπής σε αντιδράσεις υγρής φάσης και ετερογενή συστήματα, παράγοντες που επηρεάζουν τη μετατροπή, νόμος φάσεων, θεώρημα Duhem, πολλαπλές αντιδράσεις).
Μαθηματικά ΙV (Διαφορικές Εξισώσεις)
Εισαγωγή, Ορισμοί, Έννοια λύσης, Προβλήματα αρχικών ?συνοριακών τιμών, Καλά τοποθετημένα προβλήματα, Εξισώσεις χωριζομένων μεταβλητών, Γραμμικές 1ης τάξης, Ομογενείς εξισώσεις, Ακριβείς εξισώσεις και ολοκληρώνοντες παράγοντες, Γραμμικές n-τάξης, Γενική θεωρία, Γραμμική ανεξαρτησία και ορίζουσα Wronski, Μέθοδος υποβιβασμού τάξης,Ομογενείς με σταθερούς συντελεστές, Μέθοδος μεταβολής παραμέτρων, Μέθοδος προσδιοριστέων συντελεστών, Εξίσωση Euler, Επίλυση γραμμικών 2ης τάξης με δυναμοσειρές, Λύση σε ομαλό σημείο, Εξίσωση Legendre, Λύση σε κανονικό ιδιάζον σημείο, Μετασχηματισμός Laplace, Ορισμός και ιδιότητες, Συνάρτηση Heaviside, Επίλυση εξισώσεων με ασυνεχή γνωστό όρο, Συνέλιξη μετασχηματισμός Laplace, Επίλυση ολοκληρωτικών εξισώσεων ειδικής μορφής, Συστήματα γραμμικών εξισώσεων 1ης τάξης, Επίλυση ομογενών και μη ομογενών με σταθερούς συντελεστές, Ιδιοτιμές πραγματικές, μιγαδικές, απλές και πολλαπλές,Το επίπεδο φάσεων για γραμμικά συστήματα, Αυτόνομα συστήματα και ευστάθεια, Τριγωνομετρικές σειρές Fourier, Θεώρημα σύγκλισης, Ημιτονικές και συνημιτονικές σειρές, προβλήματα συνοριακών τιμών Sturm-Liouville, Φυσική προέλευση εξίσωσης διάχυσης με το νόμο του Fick, Επίλυση προβλημάτων αρχικών- συνοριακών τιμών εξίσωσης θερμότητας με τη μέθοδο χωρισμού μεταβλητών για ομογενείς και μη ομογενείς συνοριακές συνθήκες.
Στατιστική και Σχεδιασμός Πειραμάτων
Στόχος του μαθήματος είναι οι φοιτητές να γνωρίσουν τις βασικές αρχές της πιθανοθεωρίας και της στατιστικής καθώς και το σχεδιασμό πειραματικών εφαρμογών. Ταυτόχρονα με τη βασική θεωρία, θα έλθουν σε επαφή με υπολογιστικές τεχνικές και εργαλεία σε Η/Υ ώστε να μπορέσουν να εξοικειωθούν με την εφαρμοσμένη χρήση τους σε πραγματικά δεδομένα. Το μάθημα περιέχει 3 ενότητες: α) τις Βασικές αρχές Πιθανοθεωρίας, β) την Εφαρμοσμένη Στατιστική και γ)το Σχεδιασμό πειραμάτων.
Στόχος της πρώτης ενότητας είναι οι φοιτητές να γνωρίσουν τις βασικές έννοιες πιθανοθεωρίας, ώστε να διαμορφώσουν τη θεωρητική επάρκεια που θα τους επιτρέψει στη συνέχεια να αξιολογούν στην πράξη πειραματικά δεδομένα. Στόχος της δεύτερης ενότητας ? που περιλαμβάνει και πρακτική εφαρμογή τεχνικών και εργαλείων στο εργαστήριο Η/Υ ? είναι οι φοιτητές να γνωρίσουν τις βασικές στατιστικές τεχνικές που απαιτούνται για την ανάλυση δεδομένων, ώστε να είναι σε θέση να διεξάγουν ποσοτικές και ποιοτικές έρευνες, να αναλύουν και να επεξεργάζονται πειραματικά δεδομένα ή αποτελέσματα ερευνών πεδίου, και να αξιολογούν τα αποτελέσματα των στατιστικών ελέγχων συμπερασματολογία). Τέλος, στην τρίτη ενότητα αναλύονται οι έννοιες του παραγοντικού σχεδιασμού (factorial design) με δύο ή περισσότερους παράγοντες και δύο ή περισσότερα επίπεδα τιμών καθώς και ο βέλτιστος σχεδιασμός πειραμάτων (optimal experimental design).
Το μάθημα κατά το ήμισυ διεξάγεται στο εργαστήριο Η/Υ.
Υπολογιστικές Mέθοδοι για Mηχανικούς
Εισαγωγή στη Μαθηματική μοντελοποίηση και υπολογιστική επίλυση προβλημάτων μηχανικού. Υπολογιστική επίλυση αλγεβρικών εξισώσεων. Προσαρμογή καμπυλών (curve fitting). Αριθμητική/Προσεγγιστική παραγώγιση και ολοκλήρωση. Υπολογιστική επίλυση συνήθων διαφορικών εξισώσεων (Ordinary differential equations). Προβλήματα αρχικών τιμών. Προβλήματα συνοριακών τιμών. Προβλέπεται, σε κάθε ενότητα, θεωρητική εκπαίδευση στην Τάξη, και στη συνέχεια εξάσκηση στο Υπολογιστικό Εργαστήριο (PC-Lab).
Φαινόμενα Μεταφοράς Ι: Μηχανική Ρευστών
Βασικές έννοιες και ορισμοί. Ιδιότητες ρευστού. Κινηματική των ρευστών. Σωματικές και επιφανειακές δυνάμεις. Υλικές σχέσεις νευτωνικών και μη νευτωνικών ρευστών. Ολοκληρωτικές εξισώσεις ροής. Διαφορικές εξισώσεις ροής. Διαστατική ανάλυση και ομοιότητα. Άτριβη ασυμπίεστη ροή. Οριακό στρώμα. Ιξώδης ροή σε αγωγούς Συμπιεστή ροή.
Χημική Κινητική και Ηλεκτροχημεία
Χημική Κινητική: Ρυθμός (ταχύτητα) της αντίδρασης. Συντελεστής ρυθμού (σταθερά ταχύτητας). Τάξη και μοριακότητα αντιδράσεων. Θεωρίες ρυθμού που βασίζονται στη θερμοδυναμική και τη στατιστική μηχανική. Κινητική απλών μονόδρομων αντιδράσεων: μονομοριακές, διμοριακές, τριμοριακές αντιδράσεις. Κινητική σύνθετων αντιδράσεων: αμφίδρομες, παράλληλες και διαδοχικές αντιδράσεις. Μέθοδοι προσδιορισμού της τάξης και του ρυθμού της αντίδρασης: διαφορική μέθοδος. μέθοδος ολοκλήρωσης. μέθοδος χρόνου υποδιπλασιασμού. Μέθοδοι χαλάρωσης. Επίδραση της θερμοκρασίας στο ρυθμό της αντίδρασης, εξίσωση Arrhenius. Θεωρία των συγκρούσεων. Θεωρία των απολύτων ταχυτήτων. Μηχανισμοί ομογενών αντιδράσεων: προσέγγιση της ισορροπίας και. του βραδύτερου σταδίου και προσέγγιση της μόνιμης κατάστασης. Μηχανισμός Lindemann. Κατάλυση. Ομογενείς καταλυτικές αντιδράσεις: όξινη - βασική κατάλυση. Κατάλυση με μηχανισμό ατόμων και ελευθέρων ριζών. Ετερογενείς καταλυτικές αντιδράσεις. Διάχυση. Ρόφηση. Ισόθερμοι ρόφησης. Μηχανισμοί ετερογενών καταλυτικών αντιδράσεων: Langmuir?Hinshelwood, Langmuir?Rideal. Μορφές και τρόποι παρασκευής καταλυτών. Δραστικότητα και εκλεκτικότητα καταλυτών.
Ηλεκτροχημεία: Γενική περιγραφή ηλεκτροχημικών συστημάτων: γαλβανικά στοιχεία και ηλεκτροχημικά κελιά. Ηλεκτροουδετερότητα. Νόμος Faraday. Θερμοδυναμική ηλεκτροχημικής αντίδρασης. Ιδιότητες ηλεκτρολυτικών διαλυμάτων στην ισορροπία: ενεργότητα και συντελεστής ενεργότητας. Ηλεκτροχημικό δυναμικό. Αλληλεπιδράσεις μεταξύ ιόντων. Θεωρία Debye?Huckel. Φαινόμενα μεταφοράς σε ηλεκτροχημικά συστήματα: κίνηση των ιόντων στο ηλεκτρολυτικό διάλυμα λόγω ηλεκτρικού πεδίο (ηλεκτρομεταφορά). Ηλεκτρική και ειδική ηλεκτρική αγωγιμότητα. Γραμμομοριακή και ισοδύναμη αγωγιμότητα και εξάρτηση της από τη συγκέντρωση, θερμοκρασία κ.λ.π. Ιοντική ευκινησία. Αριθμοί μεταφοράς. Κίνηση των σωματιδίων λόγω διάχυσης. Ηλεκτροχημική διεπιφάνεια: δημιουργία, περιγραφή, εκτίμηση ηλεκτρικών ιδιοτήτων της. ιδανικά πολούμενα και μη πολούμενα ηλεκτρόδια. Υπόδειγμα Helmholtz. Υπόδειγμα Gouy?Chapman. Υπόδειγμα Stern. Θερμοδυναμική ηλεκτροχημικών συστημάτων & γαλβανικά στοιχεία: θερμοδυναμική μελέτη ηλεκτροχημικών συστημάτων. Διαμόρφωση, δράσεις, δυναμικό. Είδη Ηλεκτροδίων. Είδη γαλβανικών στοιχείων, εφαρμογές γαλβανικών στοιχείων. Κινητική ηλεκτροχημικών δράσεων: ηλεκτροδιακή πόλωση. Υπέρταση μεταφοράς φορτίου. Εξίσωση Butler?Volmer και οριακές μορφές αυτής. Ηλεκτροχημικές αντιδράσεις πολλαπλών σταδίων. Υπέρταση διάχυσης. Ημιεμπειρική κινητική μελέτη ηλεκτροχημικών διεργασιών. Κινητική μελέτη αντιστρεπτών ηλεκτροχημικών διεργασιών.