ส่วนที่ 1: ข้อสอบแบบตัวเลือก (Multiple Choice) จำนวน 80 ข้อ (80 คะแนน)
1. ยุคสมัยทางประวัติศาสตร์ของมนุษย์ถูกแบ่งตามความสามารถในการผลิตและเลือกใช้วัสดุ ข้อใดเรียงลำดับยุคการใช้วัสดุตามประวัติศาสตร์ได้ถูกต้อง
ก. ยุคหิน -> ยุคเหล็ก -> ยุคสำริด -> ยุคพลาสติก
ข. ยุคหิน -> ยุคสำริด -> ยุคเหล็ก -> ยุคพลาสติก
ค. ยุคสำริด -> ยุคหิน -> ยุคเหล็ก -> ยุคสารกึ่งตัวนำ
ง. ยุคหิน -> ยุคพลาสติก -> ยุคสำริด -> ยุคเหล็ก
2. ข้อใดถูกต้องเกี่ยวกับความสัมพันธ์หลัก 4 องค์ประกอบในทางวัสดุศาสตร์ (Materials Science and Engineering)
ก. Processing -> Structure -> Properties -> Performance
ข. Performance -> Structure -> Processing -> Properties
ค. Structure -> Processing -> Performance -> Properties
ง. Processing -> Properties -> Structure -> Performance
3. โลหะชนิดใดต่อไปนี้มีลักษณะสำคัญคือมีอิเล็กตรอนอิสระ (free electron) นำไฟฟ้าได้ดี แต่น้ำหนักมากและเกิดสนิมง่าย
ก. เซรามิก (Ceramic)
ข. โพลิเมอร์ (Polymer)
ค. โลหะ (Metal)
ง. วัสดุประสม (Composite)
4. สมบัติข้อใดของวัสดุที่แสดงลักษณะเฉพาะตัวเมื่อมีปฏิกิริยาทางเคมีกับสภาพแวดล้อม (Deteriorative properties)
ก. Tensile strength
ข. Electrical conductivity
ค. Corrosion / Degradation
ง. Thermal expansion
5. หนังสือคู่มือประจำปีที่เป็นฐานข้อมูลวัสดุสำคัญซึ่งออกโดย ASTM (American Society for Testing and Materials International) คือข้อใด
ก. Machine Design
ข. Modern Plastics
ค. Metals Handbook
ง. Callister Handbook
6. โครงสร้างผลึกแบบ Face-Centered Cubic (FCC) มีจำนวนอะตอมต่อหน่วยเซลล์ (atoms/unit cell) และค่า Atomic Packing Factor (APF) เท่าใดตามลำดับ
ก. 2 อะตอม, 0.68
ข. 4 อะตอม, 0.74
ค. 6 อะตอม, 0.74
ง. 4 อะตอม, 0.68
7. โครงสร้างผลึกแบบ Body-Centered Cubic (BCC) มีค่า Coordination Number เท่ากับเท่าใด
8. ความสัมพันธ์ระหว่างขนาด cạnh unit cell (a) กับรัศมีอะตอม (R) ของโครงสร้างผลึกแบบ BCC คือข้อใด
ก. 4R = √2 a
ข. 4R = √3 a
ค. a = 2R
ง. c/a = 1.633
9. โครงสร้างผลึกแบบ Hexagonal Close-Packed (HCP) มีลำดับการเรียงซ้อนกันของอะตอมในระนาบหนาแน่นที่สุดเป็นแบบใด
ก. ABCABC...
ข. ABAB...
ค. AAAA...
ง. ABAC...
10. โครงสร้างแบบ HCP มีอัตราส่วนความสูงต่อความกว้าง (c/a) ในสภาวะมาตรฐาน (Ideal Value) เท่ากับเท่าใด
ก. 1.414
ข. 1.580
ค. 1.633
ง. 1.732
11. วัสดุที่ประกอบด้วยผลึกเล็กๆ หลายๆ ผลึกต่อกัน เรียกว่าอะไร
ก. Single crystal
ข. Amorphous
ค. Polycrystalline
ง. Noncrystalline
12. เทคนิคในข้อใดใช้สำหรับการตรวจสอบโครงสร้างและระบุลักษณะการจัดเรียงผลึกของวัสดุ
ก. Tensile test
ข. X-Ray Diffraction (XRD)
ค. Brinell hardness test
ง. Impact test
13. นิยามของคำว่า "Macroscopic" ในทางวัสดุศาสตร์หมายถึงอะไร
ก. สภาวะเล็กระดับอะตอม
ข. ระดับเล็กสามารถมองเห็นด้วยกล้องจุลทรรศน์
ค. ระดับใหญ่ที่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่า
ง. ระดับความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
14. หน่วยเซลล์ประเภทใดที่มี lattice parameters โดยที่มุมทุกมุมเป็น 90° แต่มีความยาวด้าน a = b ≠ c
ก. Cubic
ข. Tetragonal
ค. Hexagonal
ง. Orthorhombic
15. สมการของ Hooke's Law ในช่วงการเสียรูปแบบยืดหยุ่น (Elastic deformation) เขียนได้อย่างไร
ก. σ = E · ε
ข. τ = E · γ
ค. σ = G · ε
ง. E = σ · ε
16. อัตราส่วนปัวซอง (Poisson's ratio, ν) มีความหมายทางกายภาพอย่างไร
ก. อัตราส่วนระหว่างความเค้นเฉือนต่อความเครียดเฉือน
ข. อัตราส่วนระหว่างความเครียดทางด้านข้าง (εx) ต่อความเครียดตามแนวแกนดึง (εz) โดยใส่เครื่องหมายลบ
ค. อัตราส่วนระหว่างแรงดึงต่อพื้นที่หน้าตัดเดิม
ง. ปริมาณพลังงานที่รับได้จนถึงจุดแตกหัก
17. ค่า Poisson's ratio (ν) ของวัสดุกลุ่มโลหะส่วนใหญ่มีค่าประมาณเท่าใด
ก. 0.10
ข. 0.25
ค. 0.33
ง. 0.50
18. ความสัมพันธ์ระหว่าง Modulus of Elasticity (E), Shear Modulus (G), และ Poisson's ratio (ν) สำหรับวัสดุ Isotropic คือข้อใด
ก. G = E / [2(1+ν)]
ข. E = G / [2(1+ν)]
ค. G = E / [3(1-2ν)]
ง. K = E / [2(1+ν)]
19. จุดที่แบ่งระหว่างช่วงการเสียรูปแบบยืดหยุ่น (Elastic) และการเสียรูปแบบถาวร (Plastic) บน Stress-Strain Curve เรียกว่าอะไร
ก. Tensile strength
ข. Proportional limit / Yield strength
ค. Fracture point
ง. Ductility
20. การหาค่า Yield Strength จากกราฟ Stress-Strain ของโลหะ โดยทั่วไปใช้จุดอ้างอิงความเครียด offset ที่เท่าใด
ก. ε = 0.001
ข. ε = 0.002 (0.2%)
ค. ε = 0.05
ง. ε = 0.10
21. สมบัติความเหนียว (Ductility) ของโลหะสามารถแสดงในรูปของปริมาณใดได้บ้าง
ก. %EL (Percent Elongation) และ %RA (Percent Reduction in Area)
ข. Modulus of Elasticity (E) และ Yield Strength
ค. Hardness number และ CPR
ง. Impact Energy และ Thermal conductivity
22. ความทนทานต่อแรงกระแทก (Toughness) ของวัสดุ สามารถพิจารณาได้จากส่วนใดของ Stress-Strain curve
ก. ความชันของเส้นตรงในช่วง Elastic
ข. ค่าความเค้นสูงสุดบนกราฟ
ค. พื้นที่ใต้กราฟตั้งแต่จุดเริ่มต้นจนถึงจุดแตกหัก
ง. จุดตัด offset 0.002
23. นิยามของความเค้นจริง (True Stress, σ_T) คือข้อใด
ก. σ_T = F / A_0
ข. σ_T = F / A_i (เมื่อ A_i คือพื้นที่หน้าตัดจริง ณ ขณะรับแรง)
ค. σ_T = ln(l_i / l_0)
ง. σ_T = (l_i - l_0) / l_0
24. ความเครียดจริง (True Strain, ε_T) คำนวณได้จากสูตรใด
ก. ε_T = (l_i - l_0) / l_0
ข. ε_T = ln(l_i / l_0)
ค. ε_T = (A_0 - A_f) / A_0
ง. ε_T = ln(1 - ε)
25. ข้อใดเป็นวิธีการทดสอบความแข็งของวัสดุที่ใช้หัวกดทรงกลม (Ball)
ก. Vickers microhardness
ข. Knoop microhardness
ค. Brinell hardness test
ง. Charpy impact test
26. พฤติกรรมการเสียรูปแบบถาวรอย่างต่อเนื่องตามเวลา ภายใต้แรงหรือความเค้นสม่ำเสมอ ณ สภาวะอุณหภูมิสูง เรียกว่าอะไร
ก. Fatigue
ข. Creep
ค. Corrosion
ง. Elastic recovery
27. การแตกหักของชิ้นส่วนเครื่องจักรที่ได้รับความเค้นแบบเป็นรอบ (Cyclic stresses) อย่างต่อเนื่อง แม้สภาวะความเค้นจะต่ำกว่า Yield strength เรียกว่าปรากฏการณ์ใด
ก. Fatigue
ข. Creep
ค. Tensile failure
ง. Oxidation
28. การทดสอบแรงกระแทกเพื่อหาพลังงานในการแตกหัก (Impact Testing) นิยมใช้เครื่องทดสอบประเภทใด
ก. Universal Testing Machine (UTM)
ข. Brinell hardness tester
ค. Charpy / Izod Impact testing machine
ง. Spectrometer
29. ในช่วง Elastic deformation การเปลี่ยนแปลงรูปร่างของวัสดุเกิดจากกลไกใดในระดับอะตอม
ก. การยืดออกและพันธะระหว่างอะตอมดึงกลับได้ (Bonds stretch & return)
ข. การเคลื่อนที่ของ Dislocation ผ่านขอบเกรน
ค. การหลุดออกของอะตอมจากโครงสร้างผลึก
ง. การเกิดเฟสใหม่เนื่องจากความร้อน
30. หากวัสดุเกิด Plastic deformation ขึ้น ข้อใดกล่าวถูกต้องเกี่ยวกับการคืนตัวเมื่อปลดแรง (Unloading)
ก. วัสดุจะกลับคืนสู่ความยาวเดิม l_0 ทั้งหมด
ข. วัสดุจะมีการคืนตัวบางส่วนตามแนวความชัน E (Elastic recovery) แต่จะเหลือความเครียดถาวรไว้
ค. กราฟจะย้อนกลับทางเดิมตามเส้นทางการยืดตัว
ง. ค่า Modulus of elasticity จะลดลงเหลือศูนย์
31. การเปลี่ยนรูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าด้านข้างเมื่อถูกแรงดึงในแนวแกนเรียกว่า Lateral strain (ε_L) มีสูตรคำนวณคือข้อใด
ก. ε_L = (w_i - w_0) / w_0
ข. ε_L = (L_i - L_0) / L_0
ค. ε_L = F / A_0
ง. ε_L = ΔV / V_0
32. ค่าสภาพนำไฟฟ้า (Electrical conductivity, σ) มีความสัมพันธ์อย่างไรกับค่าสภาพต้านทานไฟฟ้า (Resistivity, ρ)
ก. σ = ρ²
ข. σ = 1 / ρ
ค. σ = R · A
ง. σ = ρ · l
33. วัสดุประเภทฉนวนไฟฟ้า (Insulators) มีค่าสภาพการนำไฟฟ้า (σ) อยู่ในช่วงประมาณเท่าใด
ก. 10⁷ (Ω·m)⁻¹
ข. 10⁻⁶ ถึง 10⁴ (Ω·m)⁻¹
ค. 10⁻¹⁰ ถึง 10⁻²⁰ (Ω·m)⁻¹
ง. 10¹⁰ ถึง 10²⁰ (Ω·m)⁻¹
34. พลังงานระดับสูงสุดที่อิเล็กตรอนครองอยู่ ณ อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ ซึ่งใช้อ้างอิงในการก้าวข้ามพาหะไฟฟ้า เรียกว่าอะไร
ก. Band gap energy
ข. Fermi Energy (E_f)
ค. Thermal energy
ง. Activation energy
35. ตาม Matthiessen’s rule ค่าความต้านทานไฟฟ้าของโลหะ (ρ_total) เกิดจากผลรวมของปัจจัยใดบ้าง
ก. ρ_t (อุณหภูมิ), ρ_i (สารเจือปน), ρ_d (การเปลี่ยนรูป)
ข. ρ_t (เวลา), ρ_p (ความดัน), ρ_v (ปริมาตร)
ค. ρ_e (อิเล็กตรอน), ρ_h (หลุม), ρ_n (นิวตรอน)
ง. ρ_m (โลหะ), ρ_c (เซรามิก), ρ_p (โพลิเมอร์)
36. สารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ที่ไม่มีการโดปสารเจือปน เรียกว่าอะไร
ก. Extrinsic semiconductor
ข. Intrinsic semiconductor
ค. n-type semiconductor
ง. p-type semiconductor
37. ในสารกึ่งตัวนำประเภท n-type พาหะนำไฟฟ้าส่วนใหญ่ (Majority carriers) คือสิ่งใด
ก. หลุม (Holes)
ข. อิเล็กตรอนอิสระ (Electrons)
ค. ไอออนบวก
ง. โฟตอน
38. หากทำการเจืออะตอมของโบรอน (Boron) ลงในผลึกซิลิคอน สารกึ่งตัวนำที่ได้จะมีลักษณะเป็นแบบใด
ก. n-type semiconductor
ข. p-type semiconductor
ค. Intrinsic semiconductor
ง. Superconductor
39. ค่าประจุไฟฟ้าสัมบูรณ์ของอิเล็กตรอนและหลุม (e) มีค่าเท่ากับเท่าใด
ก. 1.6 × 10⁻¹⁹ C
ข. 9.1 × 10⁻³¹ C
ค. 6.02 × 10²³ C
ง. 8.85 × 10⁻¹² C
40. โครงสร้างแถบพลังงาน (Energy Band Structure) ของฉนวนไฟฟ้ามีลักษณะอย่างไร
ก. Valence band และ Conduction band ซ้อนทับกัน
ข. มีช่องว่างพลังงาน (Band gap) กว้างมาก อิเล็กตรอนข้ามไม่ได้ง่าย
ค. มี Band gap แคบมาก กระตุ้นด้วยความร้อนเล็กน้อยก็ข้ามได้
ง. ไม่มี Valence band
41. สภาพการเคลื่อนที่ของพาหะไฟฟ้า (Mobility) ระหว่างอิเล็กตรอน (μ_e) และหลุม (μ_h) ในสารกึ่งตัวนำซิลิคอน มีความสัมพันธ์อย่างไร
ก. μ_e > μ_h
ข. μ_e < μ_h
ค. μ_e = μ_h
ง. μ_h = 0
42. ธาตุในกลุ่มโลหะข้อใดมีค่าสภาพการนำไฟฟ้า (σ) สูงที่สุด ณ อุณหภูมิห้อง
ก. Copper (Cu)
ข. Silver (Ag)
ค. Iron (Fe)
ง. Aluminum (Al)
43. สมการคำนวณความเข้มของสนามแม่เหล็ก (H) ที่สร้างจากขดลวด Solenoid ยาว L มีจำนวนรอบ N และกระแส I คือข้อใด
ก. H = (N · I) / L
ข. H = B / μ₀
ค. H = N · I · L
ง. H = L / (N · I)
44. ค่า permeability ในสภาวะสุญญากาศ (μ₀) มีค่าเท่ากับเท่าใด
ก. 4π × 10⁻⁷ H/m
ข. 1.6 × 10⁻¹⁹ H/m
ค. 9.81 H/m
ง. 8.314 H/m
45. สภาพแม่เหล็ก (Magnetization, M) หมายถึงอะไร
ก. ความต้านทานการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก
ข. โมเมนต์แม่เหล็กต่อหน่วยปริมาตรภายในวัสดุที่ถูกเหนี่ยวนำขึ้น
ค. อัตราส่วนความจุความร้อน
ง. กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวงจร
46. ค่าความไวต่อสภาพแม่เหล็ก (Magnetic susceptibility, χ_m) มีความสัมพันธ์กับ Relative permeability (μ_r) อย่างไร
ก. χ_m = μ_r + 1
ข. χ_m = μ_r - 1
ค. χ_m = 1 / μ_r
ง. χ_m = μ_r · μ₀
47. วัสดุที่มีค่า Magnetic susceptibility (χ_m) เป็นค่าลบเล็กน้อย (เช่น χ_m ≈ -10⁻⁵) จัดอยู่ในกลุ่มแม่เหล็กประเภทใด
ก. Paramagnetic
ข. Ferromagnetic
ค. Diamagnetic
ง. Ferrimagnetic
48. วัสดุกลุ่มใดต่อไปนี้แสดงสมบัติแบบ Ferromagnetism ซึ่งมีค่า χ_m สูงมาก
ก. Aluminum
ข. Copper
ค. Iron, Cobalt, Nickel
ง. Silicon
49. บริเวณขนาดเล็กภายในวัสดุ Ferromagnetic ที่มีโมเมนต์แม่เหล็กจัดเรียงตัวไปในทิศทางเดียวกัน เรียกว่าอะไร
ก. Unit cell
ข. Magnetic domain
ค. Grain boundary
ง. Lattice point
50. วัสดุ Magnetite (Fe₃O₄) จัดเป็นวัสดุแม่เหล็กประเภทใด
ก. Diamagnetic
ข. Paramagnetic
ค. Ferrimagnetic
ง. Antiferromagnetic
51. วัสดุ Manganese Oxide (MnO) แสดงสมบัติแม่เหล็กแบบใดที่โมเมนต์แม่เหล็กเรียงตัวตรงกันข้ามและหักล้างกันสมบูรณ์
ก. Ferromagnetic
ข. Antiferromagnetic
ค. Ferrimagnetic
ง. Paramagnetic
52. หน่วยของความหนาแน่นเส้นแรงแม่เหล็ก (Magnetic flux density, B) ในระบบ SI คือข้อใด
ก. Ampere/meter (A/m)
ข. Tesla (T)
ค. Henry/meter (H/m)
ง. Joule/Kelvin (J/K)
53. เมื่อใส่สนามแม่เหล็กภายนอกกระทำกับวัสดุ Ferromagnetic การเปลี่ยนแปลงของ Magnetic Domains เกิดขึ้นผ่านกลไกใด
ก. การเคลื่อนที่และการหมุนของผนัง domain (Domain wall movement and rotation)
ข. การหลอมละลายของโดเมน
ค. การสูญเสียอิเล็กตรอน
ง. การสลายตัวของผลึก
54. ความจุความร้อน (Heat capacity, C) คำนวณได้จากอัตราส่วนใด
ก. C = dQ / dT
ข. C = dT / dQ
ค. C = q / ΔT
ง. C = k · ΔT
55. ค่าความจุความร้อนต่อหนึ่งหน่วยมวล เรียกว่าอะไร มีหน่วยอย่างไร
ก. Heat flux, J/m²·s
ข. Specific heat (c_p), J/kg·K
ค. Thermal conductivity, W/m·K
ง. Linear coefficient of thermal expansion, K⁻¹
56. ณ อุณหภูมิสูงกว่า Debye temperature (θ_D) ค่า Heat capacity ที่ปริมาตรคงที่ (C_v) ของวัสดุแข็งจะเข้าสู่ค่าคงที่ประมาณเท่าใด
ก. R
ข. 2R
ค. 3R
ง. 3/2 R
57. เหตุใดโพลิเมอร์ (Polymers) จึงมีค่าความจุความร้อนเฉพาะ (c_p) สูงกว่าโลหะและเซรามิกอย่างมาก
ก. มีพันธะปะทะอิเล็กตรอนอิสระจำนวนมาก
ข. มีโครงสร้างสายโซ่โมเลกุลที่เชื่อมด้วยพันธะทุติยภูมิที่อ่อนกว่าและมีการสั่นแบบหมุน/ยืด
ค. เพราะโพลิเมอร์มีความหนาแน่นสูงมาก
ง. โพลิเมอร์เป็นตัวนำความร้อนที่ดีมาก
58. สมการการขยายตัวทางความร้อนตามยาว (Linear Thermal Expansion) คือข้อใด
ก. (l_f - l_0) / l_0 = α_l (T_f - T_0)
ข. l_f - l_0 = E · α_l · ΔT
ค. σ = α_l · ΔT
ง. q = -k · α_l · ΔT
59. โลหะ ชนิดใดก็ตาม หากถูกยึดปลายทั้งสองข้างไว้แน่นไม่ให้ขยายตัวเมื่อได้รับความร้อน จะเกิดความเค้นประเภทใดขึ้นภายในเนื้อโลหะ
ก. ความเค้นดึง (Tensile stress)
ข. ความเค้นอัด (Compressive stress)
ค. ความเค้นเฉือน (Shear stress)
ง. ไม่เกิดความเค้น
60. สมการสำหรับคำนวณ Thermal Stress (σ) เมื่อชิ้นงานถูกยึดปลายทั้งสองข้างจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ คือข้อใด
ก. σ = E · α_l · ΔT
ข. σ = (α_l · ΔT) / E
ค. σ = E · ε_T
ง. σ = q · k · ΔT
61. สภาพนำความร้อน (Thermal Conductivity, k) ปรากฏอยู่ในกฎของฟูริเยร์ (Fourier's Law) สำหรับ Heat Flux (q) ตามสมการใด
ก. q = k · (dT/dx)
ข. q = -k · (dT/dx)
ค. q = k / (dT/dx)
ง. q = -C_p · (dT/dx)
62. แผ่นกระเบื้องป้องกันความร้อนของยานอวกาศ (Space Shuttle Tiles) ทำจากเส้นใยซิลิกา (Silica fiber) มีคุณสมบัติเด่นทางความร้อนตามข้อใด
ก. มีค่า Thermal expansion สูงมาก
ข. มีค่า Thermal conductivity (k) ต่ำมาก ป้องกันการถ่ายเทความร้อน
ค. เป็นตัวนำความร้อนที่ดีที่สุด
ง. มีค่า Specific heat ต่ำที่สุด
63. วัสดุกลุ่มใดมีสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนตามเส้น (α_l) สูงที่สุด
ก. เซรามิก
ข. โลหะ
ค. พอลิเมอร์
ง. แก้วควอตซ์
64. พลังงานของโฟตอน (E) มีความสัมพันธ์กับความถี่ (ν) และความยาวคลื่น (λ) ตามสมการใด (h คือ ค่าคงตัวของพลังค์, c คือ ความเร็วแสง)
ก. E = h·ν = (h·c) / λ
ข. E = (h·λ) / c
ค. E = h · c · λ
ง. E = ν / h
65. สมการความสัมพันธ์การกระจายตัวของลำแสงเมื่อตกกระทบผิวของแข็ง I_0 = I_A + I_R + I_T + I_S ตัวแปร I_R หมายถึงสิ่งใด
ก. แสงที่ถูกดูดซับ (Absorbed light)
ข. แสงที่สะท้อนกลับ (Reflected light)
ค. แสงที่ส่องผ่าน (Transmitted light)
ง. แสงที่กระจัดกระจาย (Scattered light)
66. วัสดุที่ยอมให้แสงส่องผ่านได้เกือบทั้งหมด โดยสามารถมองเห็นภาพด้านหลังได้ชัดเจน เรียกว่าอะไร
ก. Translucent (โปร่งแสง)
ข. Opaque (ทึบแสง)
ค. Transparent (โปร่งใส)
ง. Refractive
67. เหตุใดเนื้อโลหะบริสุทธิ์จึงมีลักษณะทึบแสง (Opaque) และมีการสะท้อนแสงเป็นมันวาว (Shiny)
ก. อิเล็กตรอนอิสระดูดซับแสงทุกความถี่ แล้วปลดปล่อยโฟตอนความถี่เดิมออกมาทันที
ข. แสงเดินทางผ่านโลหะได้เร็วเกินไป
ค. โลหะไม่มีแถบพลังงาน empty states
ง. โครงสร้างผลึกแน่นหนาแสงไม่สามารถแทรกผ่านได้
68. ค่าการสะท้อนแสง (Reflectivity, I_R/I_0) ของผิวโลหะส่วนใหญ่อยู่ในช่วงประมาณเท่าใด
ก. 0.10 - 0.20
ข. 0.50 - 0.60
ค. 0.90 - 0.95
ง. 1.00 เสมอ
69. สีแดงเข้มของอัญมณีทับทิม (Ruby) เกิดจากการเติมสารชนิดใดลงใน Sapphire (Al₂O₃)
ก. Fe₂O₃
ข. Cr₂O₃
ค. TiO₂
ง. CuO
70. ในทับทิม สารเจือโครเมียมออกไซด์ทำหน้าที่ดูดซับแสงสีใดในสเปกตรัมแสงขาว จึงทำให้แสงส่องผ่านออกมาเป็นสีแดง
ก. ดูดซับสีแดง แล้วปล่อยสีน้ำเงิน
ข. ดูดซับสีน้ำเงิน สีเหลือง และสีเขียว
ค. สะท้อนสีน้ำเงินและสีเขียวทั้งหมด
ง. ดูดซับรังสีอินฟราเรดเท่านั้น
71. วัสดุ polycrystalline ที่มีความพรุน (porous) สูงจะมีลักษณะทางแสงเป็นแบบใด
ก. Transparent
ข. Opaque หรือ Translucent เนื่องจากเกิดการกระจัดกระจายของแสงที่รูพอน
ค. Reflective 100%
ง. Absorptive 100%
72. ค่าคงตัวของพลองค์ (Planck's constant, h) มีค่าเท่ากับเท่าใด
ก. 6.63 × 10⁻³⁴ J·s
ข. 3.00 × 10⁸ m/s
ค. 1.38 × 10⁻²³ J/K
ง. 6.02 × 10²³ mol⁻¹
73. ในปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีของการผุกร่อน ขั้วที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน (Oxidation) และเสียอิเล็กตรอน เรียกว่าอะไร
ก. Cathode
ข. Anode
ค. Electrolyte
ง. Diode
74. เซลล์กัลวานิก (Galvanic Cell) ที่เกิดจากโลหะ 2 ชนิดต่อกัน โลหะชนิดใดจะพฤติตนเป็นขั้ว Anode และผุกร่อน
ก. โลหะที่มีค่า Standard Electrode Potential (V⁰) สูงกว่า
ข. โลหะที่มีค่า Standard Electrode Potential (V⁰) ต่ำกว่า (Active กว่า)
ค. โลหะที่มีความหนาแน่นสูงกว่า
ง. โลหะที่ทำหน้าที่เป็นขั้ว Cathode
75. สมการของเนิร์นสต์ (Nernst Equation) ใช้คำนวณหาปัจจัยใดที่มีผลต่อศักย์ไฟฟ้าของขั้วไฟฟ้า ณ อุณหภูมิ 25°C
ก. ผลของแรงดันบรรยากาศ
ข. ผลของความเข้มข้นของไอออนในสารละลาย
ค. ผลของขนาดพื้นที่หน้าตัด
ง. ผลของอัตราการไหลของสารละลาย
76. ค่าอัตราการผุกร่อนแทรกซึม (Corrosion Penetration Rate; CPR) ที่ยอมรับได้ในการใช้งานทางวิศวกรรม ต้องมีค่าไม่เกินเท่าใด
ก. 0.10 mm/yr
ข. 0.50 mm/yr
ค. 1.00 mm/yr
ง. 5.00 mm/yr
77. สภาพเฉื่อย (Passivity) ของเหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless steel) เกิดจากการเติมโครเมียมอย่างน้อย 12% เพื่อสร้างฟิล์มชนิดใดบนผิว
ก. ฟิล์มคาร์บอน
ข. ฟิล์มโครเมียมออกไซด์ (Cr₂O₃)
ค. ฟิล์มซัลเฟอร์
ง. ฟิล์มไฮโดรเจน
78. การผุกร่อนประเภทใดที่เกิดขึ้นเฉพาะจุด กินลึกเข้าไปในแนวดิ่ง ตรวจพบได้ยาก และสร้างความเสียหายรุนแรงมาก
ก. Uniform corrosion
ข. Pitting corrosion (แบบรูเข็ม)
ค. Galvanic corrosion
ง. Erosion corrosion
79. ปรากฏการณ์ที่เหล็กกล้าไร้สนิมสูญเสียโครเมียมอิสระบริเวณขอบเกรน เนื่องจากเกิดอนุภาค Cr₂₃C₆ เมื่อได้รับความร้อนช่วง 500-800°C เรียกว่าการกัดกร่อนแบบใด
ก. Intergranular corrosion (การผุกร่อนที่ขอบเกรน)
ข. Crevice corrosion
ค. Selective leaching
ง. Hydrogen embrittlement
80. การป้องกันการกัดกร่อนแบบใช้โลหะสังเวย (Sacrificial Anode) ทำได้โดยการต่อโลหะที่ต้องการคุ้มกันเข้ากับโลหะชนิดใด
ก. โลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าสูงกว่า (Cathodic กว่า)
ข. โลหะที่มีความว่องไวต่อการผุกร่อนมากกว่า (Anodic กว่า เช่น Zinc หรือ Mg)
ค. โลหะทองคำหรือแพลทินัม
ง. ไม่ต้องต่อโลหะใดๆ เพียงแค่ทาสี
เฉลยแบบเลือกตอบ (ข้อ 1 - 80)
| ข้อ | เฉลย | ข้อ | เฉลย | ข้อ | เฉลย | ข้อ | เฉลย |
| 1 | ข | 21 | ก | 41 | ก | 61 | ข |
| 2 | ก | 22 | ค | 42 | ข | 62 | ข |
| 3 | ค | 23 | ข | 43 | ก | 63 | ค |
| 4 | ค | 24 | ข | 44 | ก | 64 | ก |
| 5 | ค | 25 | ค | 45 | ข | 65 | ข |
| 6 | ข | 26 | ข | 46 | ข | 66 | ค |
| 7 | ข | 27 | ก | 47 | ค | 67 | ก |
| 8 | ข | 28 | ค | 48 | ค | 68 | ค |
| 9 | ข | 29 | ก | 49 | ข | 69 | ข |
| 10 | ค | 30 | ข | 50 | ค | 70 | ข |
| 11 | ค | 31 | ก | 51 | ข | 71 | ข |
| 12 | ข | 32 | ข | 52 | ข | 72 | ก |
| 13 | ค | 33 | ค | 53 | ก | 73 | ข |
| 14 | ข | 34 | ข | 54 | ก | 74 | ข |
| 15 | ก | 35 | ก | 55 | ข | 75 | ข |
| 16 | ข | 36 | ข | 56 | ค | 76 | ข |
| 17 | ค | 37 | ข | 57 | ข | 77 | ข |
| 18 | ก | 38 | ข | 58 | ก | 78 | ข |
| 19 | ข | 39 | ก | 59 | ข | 79 | ก |
| 20 | ข | 40 | ข | 60 | ก | 80 | ข |
ส่วนที่ 2: ข้อสอบแบบเขียนตอบ (อัตนัย) พร้อมเฉลยละเอียด (40 คะแนนเต็ม)
ข้อที่ 1 (Introduction - 2 คะแนน): จงอธิบายเกณฑ์สำคัญ 3 ประการในการพิจารณาเลือกใช้วัสดุ (Materials Selection) ในงานทางวิศวกรรม
เฉลยละเอียด:
1.
สภาวะหรือเงื่อนไขการใช้งาน (Conditions): สภาพแวดล้อมที่วัสดุจะต้องเผชิญ เช่น อุณหภูมิ แรงกระทำ สารเคมี เพื่อเลือกวัสดุที่มีคุณสมบัติเหมาะสม
2.
การเสื่อมสภาพของคุณสมบัติระหว่างใช้งาน (Degradation): พิจารณาว่าวัสดุมีการสึกหรอ สนิม หรือเสื่อมสภาพตามเวลามากน้อยเพียงใด
3.
ต้นทุนในการผลิต (Economic / Cost): พิจารณาความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ ทั้งราคาวัตถุดิบ ค่าขึ้นรูป และการบำรุงรักษา
ข้อที่ 2 (Crystal structure - 6 คะแนน): โลหะชนิดหนึ่งมีขนาดรัศมีอะตอม R = 0.144 nm ตกผลึกแบบ FCC และมีความหนาแน่น ρ = 19.32 g/cm³ จงหามวลอะตอม (A) ของโลหะนี้ พร้อมระบุว่าน่าจะเป็นธาตุใด (กำหนด N_A = 6.023 × 10²³ atoms/mol)
เฉลยละเอียด:
1. โครงสร้าง FCC: n = 4 atoms, ความยาวด้าน a = 4R / √2 = (4 × 0.144 nm) / √2 = 0.4073 nm = 4.073 × 10⁻⁸ cm
2. ปริมาตรหน่วยเซลล์ V_c = a³ = (4.073 × 10⁻⁸ cm)³ = 6.757 × 10⁻²³ cm³
3. คำนวณมวลอะตอมจาก ρ = (n · A) / (V_c · N_A):
19.32 = (4 · A) / [(6.757 × 10⁻²³) × (6.023 × 10²³)]
A = (19.32 × 40.697) / 4 =
196.6 g/mol
ตอบ: มวลอะตอมเท่ากับ 196.6 g/mol ธาตุนี้คือ
ทองคำ (Gold: Au)
ข้อที่ 3 (Mechanical properties - 5 คะแนน): ชิ้นงานทรงกระบอก d₀ = 15.2 mm, L₀ = 250 mm ถูกดึงด้วยแรง 48,900 N ในช่วง Elastic (E = 207 GPa, ν = 0.30) จงหา (ก) ระยะยืดตามแนวแกน (ΔL) (ข) ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่เปลี่ยนแปลงไป (Δd)
เฉลยละเอียด:
A₀ = (π/4)(0.0152)² = 1.8145 × 10⁻⁴ m²
σ = F / A₀ = 48,900 / (1.8145 × 10⁻⁴) = 269.5 MPa
(ก) ε_z = σ / E = 269.5 × 10⁶ / 207 × 10⁹ = 1.302 × 10⁻³
ΔL = ε_z · L₀ = (1.302 × 10⁻³) × 250 mm =
0.325 mm
(ข) ε_x = -ν · ε_z = -0.30 × (1.302 × 10⁻³) = -3.906 × 10⁻⁴
Δd = ε_x · d₀ = (-3.906 × 10⁻⁴) × 15.2 mm =
-5.94 × 10⁻³ mm (ขนาดลดลง)
ข้อที่ 4 (Mechanical properties - 5 คะแนน): ชิ้นงาน d₀ = 12.8 mm, L₀ = 50.80 mm ดึงจนขาดได้ d_f = 9.1 mm, L_f = 74.17 mm ความเค้นวิศวกรรม ณ จุดขาด = 480 MPa จงหา (ก) %EL และ %RA (ข) ความเค้นจริง (σ_T) ณ จุดแตกหัก
เฉลยละเอียด:
(ก) %EL = [(74.17 - 50.80) / 50.80] × 100 =
46.0%
A₀ = 128.68 mm², A_f = 65.04 mm²
%RA = [(128.68 - 65.04) / 128.68] × 100 =
49.5%
(ข) σ_T = σ_eng · (A₀ / A_f) = 480 MPa × (128.68 / 65.04) =
949.7 MPa (≈ 950 MPa)
ข้อที่ 5 (Electrical properties - 6 คะแนน): ลวดทองแดงยาว 20 m สภาพนำไฟฟ้า σ = 6 × 10⁷ (Ω·m)⁻¹ ต่อแรงดัน 220 V กระแสต้องไม่เกิน 3.5 A จงหาเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ที่สุดที่จะไม่ทำให้กระแสเกินเงื่อนไขนี้
เฉลยละเอียด:
1. R_min = V / I = 220 / 3.5 = 62.857 Ω
2. จาก R = l / (σ · A) => 62.857 = 20 / [(6 × 10⁷) · A] => A = 5.303 × 10⁻⁹ m²
3. หาเส้นผ่านศูนย์กลาง: d = √(4A / π) = √[(4 × 5.303 × 10⁻⁹) / π] = 8.218 × 10⁻⁵ m =
0.082 mm
ข้อที่ 6 (Magnetic properties - 6 คะแนน): แท่งโลหะยาว 8 cm พันขดลวด 450 รอบ ผ่านกระแส 20 A เกิด B = 0.142 T จงหา (ก) ความซึมซับแม่เหล็ก (μ) (ข) ความไวแม่เหล็ก (χ_m) (ค) สภาพแม่เหล็ก (M)
เฉลยละเอียด:
1. H = (N · I) / L = (450 × 20) / 0.08 m = 112,500 A/m
(ก) μ = B / H = 0.142 / 112,500 =
1.2622 × 10⁻⁶ T·m/A
(ข) μ_r = μ / μ₀ = (1.2622 × 10⁻⁶) / (4π × 10⁻⁷) = 1.00444 => χ_m = μ_r - 1 =
4.44 × 10⁻³
(ค) M = χ_m · H = (4.44 × 10⁻³) × 112,500 =
500 A/m
ข้อที่ 7 (Thermal properties - 5 คะแนน): แท่งเหล็กถูกยึดปลายทั้งสอง ณ 27°C เพิ่มอุณหภูมิเป็น 200°C (E = 207 GPa, α_l = 12 × 10⁻⁶ K⁻¹) จงหา (ก) ขนาดและชนิดความเค้น (ข) อุณหภูมิสูงสุดที่ไม่ทำให้เกิดความเค้นอัดเกิน 250 MPa
เฉลยละเอียด:
(ก) ΔT = 200 - 27 = 173°C
σ = E · α_l · ΔT = (207 × 10⁹) × (12 × 10⁻⁶) × 173 =
430 MPa (ชนิด:
ความเค้นอัด Compressive Stress)
(ข) 250 × 10⁶ = (207 × 10⁹) × (12 × 10⁻⁶) × ΔT => ΔT = 100.64°C
อุณหภูมิใช้งานสูงสุด T_f = 27 + 100.64 =
127.64°C (≈ 128°C)
ข้อที่ 8 (Corrosion - 5 คะแนน): แผ่นเหล็กพื้นที่ผิว 10 cm² สูญเสียน้ำหนัก 2.6 g จากการผุกร่อน กำหนด CPR = 0.50 mm/yr และความหนาแน่นเหล็ก ρ = 7.9 g/cm³ จงหาระยะเวลาที่ถูกจุ่มในหน่วยปี
เฉลยละเอียด:
จากสูตร CPR = (87.6 · W) / (D · A · t) [โดย W = 2600 mg, D = 7.9 g/cm³, A = 10 cm²]
0.50 = (87.6 × 2600) / (7.9 × 10 × t)
t = 227,760 / (79 × 0.50) = 5,766.08 ชั่วโมง
แปลงเป็นปี = 5,766.08 / (365 × 24) =
0.658 ปี (≈ 0.66 ปี)