材料物理性能部分課后習(xí)題

1、課后習(xí)題第一章1.德拜熱容的成功之處是什么？ 答：德拜熱容的成功之處是在低溫下，德拜熱容理論很好的描述了晶體熱容，CV.MT的三次方2.何為德拜溫度？有什么物理意義？ 答：HD=hMAX/k    德拜溫度是反映晶體點(diǎn)陣內(nèi)原子間結(jié)合力的一個(gè)物理量德拜溫度反映了原子間結(jié)合力，德拜溫度越高，原子間結(jié)合力越強(qiáng)3.試用雙原子模型說(shuō)明固體熱膨脹的物理本質(zhì)答：如圖，U1（T1）、U2（T2）、U3(T3）為不同溫度時(shí)的能量，當(dāng)原子熱振動(dòng)通過(guò)平衡位置r0時(shí)，全部能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，偏離平衡位置時(shí)，動(dòng)能又逐漸轉(zhuǎn)化為勢(shì)能；到達(dá)振幅最大值時(shí)動(dòng)能降為零，勢(shì)能打

2、到最大。由勢(shì)能曲線的不對(duì)稱可以看到，隨溫度升高，勢(shì)能由U1(T1）、U2（T2）向U3（T3）變化，振幅增加，振動(dòng)中心就由r0'，r0''向r0'''右移，導(dǎo)致雙原子間距增大，產(chǎn)生熱膨脹第二章 1.鎳鉻絲電阻率300K為1×10-6·m加熱到4000K時(shí)電阻率增加5%假定在此溫度區(qū)間內(nèi)馬西森定則成立。試計(jì)算由于晶格缺陷和雜質(zhì)引起的電阻率。解：按題意:p(300k) = 10-6 則: p(400k) = (10-6)* (1+0.05) -(1) 在400K溫度下馬西森法則成立，則: p(400k) = p(鎳400k) +

3、p(雜400k) -(2) 又: p(鎳400k) = p(鎳300k) * 1+ * 100 -(3) 其中參數(shù): 為鎳的溫度系數(shù)約 = 0.007 ; p(鎳300k)(室溫) = 7*10-6 .cm) 將(1)和(3)代入(2)可算出雜質(zhì)引起的電阻率 p(雜400k)。2.為什么金屬的電阻因溫度升高而增大，而半導(dǎo)體的電阻卻因溫度的升高而減??？對(duì)金屬材料，盡管溫度對(duì)有效電子數(shù)和電子平均速率幾乎沒(méi)有影響，然而溫度升高會(huì)使離子振動(dòng)加劇，熱振動(dòng)振幅加大，原子的無(wú)序度增加，周期勢(shì)場(chǎng)的漲落也加大。這些因素都使電子運(yùn)動(dòng)的自由稱減小，散射幾率增加而導(dǎo)致電阻率增大 而對(duì)半導(dǎo)體當(dāng)溫度升高時(shí)，滿帶中有少量電

4、子有可能被激發(fā)到上面的空帶中去，在外電場(chǎng)作用下，這些電子將參與導(dǎo)電。同時(shí)，滿帶中由于少了一些電子，在滿帶頂部附近出現(xiàn)了一些空的量子狀態(tài)，滿帶變成了部分占滿的能帶，在外電場(chǎng)作用下，仍留在滿帶中的電子也能夠起導(dǎo)電作用。3.表征超導(dǎo)體性能的3個(gè)主要指標(biāo)是什么?(P80)（表征超導(dǎo)體的兩個(gè)基本特性完全的導(dǎo)電性和完全的抗磁性） 1)，臨界轉(zhuǎn)變溫度TC，即成為超導(dǎo)態(tài)的最高溫度 2)。臨界磁場(chǎng)HC，即能破壞超導(dǎo)態(tài)的最小磁場(chǎng)，HC的大小與超導(dǎo)材料的性質(zhì)有關(guān) 3)，臨界電流密度JC，即材料保持超導(dǎo)狀態(tài)的最大輸入電流第三章1. 什么是自發(fā)磁化？（P142)在鐵磁質(zhì)內(nèi)部存在著很強(qiáng)的“分子場(chǎng)”,在這種“分子場(chǎng)”的作用

5、下，原子磁矩趨于同向平行排列，即自發(fā)的磁化飽和（鐵磁性材料的磁性是自發(fā)產(chǎn)生的。所謂磁化過(guò)程（又稱感磁或充磁）只不過(guò)是把物質(zhì)本身的磁性顯示出來(lái)，而不是由外界向物質(zhì)提供磁性的過(guò)程）2.形成鐵磁性的基本條件是什么？ (P143)答：1）原子內(nèi)部要有未填滿的電子殼層，原子磁矩不等于零（必要條件） 2.）Rab/r>3 交換積分A>0(充分條件）或者：1）在原子中存在有未被電子填滿的狀態(tài)（指d或f狀態(tài)）是產(chǎn)生鐵磁性的必要條件;2）產(chǎn)生鐵磁性不僅僅取決于原子本身的原子磁矩是否高，而且還取決于形成晶體時(shí)原子間的相互鍵合作用。這個(gè)作用是否對(duì)形成鐵磁性有利，這是形成鐵磁性的第二個(gè)條件（充分

6、條件)3. 簡(jiǎn)述影響金屬及其合金鐵磁性的因素有哪些？（P158）一是外部環(huán)境因素，如溫度和應(yīng)力等。二是金屬及合金內(nèi)部因素，如成分，組織和結(jié)構(gòu)，熱處理狀態(tài)等。4. 磁疇的大小和結(jié)構(gòu)由哪些條件決定？（P149)1)退磁場(chǎng)能最小要求是磁疇形成的根本原因2）磁疇數(shù)目的多少和尺寸形狀取決于退磁場(chǎng)能和磁疇壁能的平衡條件5.分析抗磁性，順磁性，反鐵磁性，亞鐵磁性的磁化率與溫度的關(guān)系？（P132） 1）抗磁性是由外磁場(chǎng)作用下電子循軌運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的附加磁矩所造成的與溫度無(wú)關(guān)或隨溫度變化很小。 2）根據(jù)順磁磁化率與溫度的關(guān)系可以把順磁體分為三類一是正常順磁體其原子磁化率與溫度成反比二是磁化率與溫度無(wú)關(guān)的順磁體三是存在

7、反鐵磁體轉(zhuǎn)變的順磁體當(dāng)溫度高于一定的轉(zhuǎn)變溫度TN時(shí)它們和正常順磁體一樣服從居里外斯定律當(dāng)溫度低于TN時(shí)它們的原子磁化率隨著溫度下降而減小當(dāng)T0K時(shí)磁化率趨于數(shù)。 3）反鐵磁性物質(zhì)的原子磁化率在溫度很高時(shí)很小隨著溫度逐漸降低磁化率逐漸增大溫度降至某一溫度TN時(shí)磁化率升至最大值再降低溫度磁化率又減小。 4）亞鐵磁性物質(zhì)的原子磁化率隨溫度的升高而逐漸降低6.試說(shuō)明下列磁學(xué)量的定義和概念：磁化強(qiáng)度、矯頑力、飽和磁化強(qiáng)度、 磁導(dǎo)率、磁化率、磁各向異性常數(shù)、飽和磁致伸縮系數(shù)（P130 131 146 147 157)磁化強(qiáng)度：一個(gè)物體在外磁場(chǎng)中被磁化的程度，用單位體積內(nèi)磁矩的多少來(lái)衡量，成為磁化強(qiáng)度M矯頑

8、力Hc：一個(gè)試樣磁化至飽和，如果要=0（或B=0），則必須加上一個(gè) 反向磁場(chǎng)Hc，成為矯頑力。飽和磁化強(qiáng)度：磁化曲線中，隨著磁化場(chǎng)的增加，磁化強(qiáng)度M或磁感強(qiáng)度 B開始增加較緩慢，然后迅速增加，再轉(zhuǎn)而緩慢地增加，最后磁化至飽和。Ms成為飽和磁化強(qiáng)度，Bs成為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 磁導(dǎo)率：=B/H，表征磁性介質(zhì)的物理量，稱為磁導(dǎo)率、 磁化率：從宏觀上來(lái)看，物體在磁場(chǎng)中被磁化的程度與磁化場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。 M=H，稱為單位體積磁化率磁晶各向異性常數(shù)：磁化強(qiáng)度矢量沿不同晶軸方向的能量差代表磁晶各向異性能，用Ek表示。磁晶各向異性能是磁化矢量方向的函數(shù)飽和磁致伸縮系數(shù)：=（-0）/0，稱為

9、線磁致伸縮系數(shù)。隨著外磁場(chǎng)的增強(qiáng)，致磁體的磁化強(qiáng)度增強(qiáng)，這時(shí)也隨之增大。當(dāng)H=Hs時(shí)，磁化強(qiáng)度達(dá)到飽和值，此時(shí)=s，稱為飽和磁致伸縮所致第五章1. 用雙原子模型解釋材料彈性的物理本質(zhì)正常狀態(tài)下,材料晶格中的離子受離子間相互作用力控制保持在其平衡位置僅作微小熱振動(dòng).離子間作用力包括由正離子和自由電子間庫(kù)侖力所產(chǎn)生的引力和由離子之間電子殼層產(chǎn)生應(yīng)變所產(chǎn)生的斥力,引力和斥力都是離子間距離的函數(shù),在離子的平衡位置合力為零.當(dāng)外力作用于離子時(shí),合力曲線零點(diǎn)位置改變,離子位置隨之相應(yīng)調(diào)整,即產(chǎn)生位移,離子位移的總和在宏觀上表現(xiàn)為材料的變形.外力去除后離子依靠彼此之間的作用力回到原來(lái)的平衡位置,宏觀變形隨之

10、消失,即彈性變形的可逆性.2. 簡(jiǎn)要說(shuō)明產(chǎn)生彈性的鐵磁反?，F(xiàn)象的物理本質(zhì)及其應(yīng)用？（P249)產(chǎn)生彈性的鐵磁性反?，F(xiàn)象的物理本質(zhì)是由于鐵磁體中磁致伸縮的存在引起附加應(yīng)變所造成的。對(duì)于未被磁化到飽和的鐵磁材料所有磁疇并沒(méi)有沿著同一個(gè)方向排列在外力作用下發(fā)生彈性形變時(shí)磁疇的磁矩將會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生相應(yīng)的磁致伸縮力致伸縮在拉伸時(shí)具有正的磁致伸縮的材料其磁疇矢量將轉(zhuǎn)向垂直于拉伸方向同樣在拉伸方向上產(chǎn)生附加拉伸。應(yīng)用是因瓦合金和艾林瓦合金即彈性模量溫度系數(shù)接近于零的恒彈性合金。3. 計(jì)算2Cr13不銹鋼在100°C時(shí)的縱向彈性波c1和橫向彈性波Ct的傳播速度？1. 什么是軟磁材料?軟磁材料是指容易磁化

11、和退磁的鐵磁和亞鐵磁材料它應(yīng)具備的性能為：1.在低磁場(chǎng)下，就能磁化達(dá)到它的飽和磁化強(qiáng)度的百分之80-90，即它的起始磁導(dǎo)率要高，而且飽和磁化強(qiáng)度也要高。2.沒(méi)有（盡可能?。┚w各向異性。3.磁致神縮常數(shù)要小，避免應(yīng)力使它產(chǎn)生各向異性；這類大都是金屬或合金軟磁材料。.(純鐵和鐵硅鋼 鐵鈷軟磁合金 .鐵鎳合金 .軟磁鐵氧體)2. 什么是硬磁材料？硬磁材料是指材料一經(jīng)磁化，磁場(chǎng)去掉后，它仍保留有剩余磁化強(qiáng)度，而且不易退磁的材料.(鋁鎳鈷磁鐵 鉑鈷磁鐵 .鋇和鍶鐵氧體 .釤鈷永磁 .NeFeB永磁材料 釤鐵氮永磁材料)3. 什么是磁致伸縮效應(yīng)？(P146)鐵磁體在磁場(chǎng)中被磁化時(shí)，其形狀和尺寸都會(huì)發(fā)生變

12、化的現(xiàn)象4. 鐵磁金屬的磁化特點(diǎn)？磁化率不是定值而且變化很大存在著磁滯現(xiàn)象很容易磁化并達(dá)到飽和狀態(tài)5. 疇壁移動(dòng)阻力有哪些？(P155)在外磁場(chǎng)作用下，內(nèi)部磁矩取向和磁場(chǎng)方向比較接近的磁疇的體積將增大，而磁矩取向和磁場(chǎng)方向夾角較大的磁疇體積將縮小。這一磁化過(guò)程相當(dāng)于疇壁從未加磁場(chǎng)前的位置移到了一個(gè)新的位置，從而使材料的磁化強(qiáng)度有一凈的增大量。這一過(guò)程稱為疇壁位移。它是技術(shù)磁化過(guò)程的重要機(jī)理之一。疇壁位移的阻力主要來(lái)自材料內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力、摻雜、氣孔、缺陷等對(duì)疇壁的釘扎。疇壁位移的容易與否將是影響磁導(dǎo)率、矯頑力等磁性參數(shù)的重要因素6. 什么是尼耳溫度Tn？(P139)尼耳溫度Tn是表征抗磁性向順磁性

13、轉(zhuǎn)變的臨界溫度7.什么是彈性模量？什么是正彈性模量？(P234)彈性模量是指當(dāng)有力施加于物體或物質(zhì)時(shí)，其彈性變形（非永久變形）趨勢(shì)的數(shù)學(xué)描述。物體的彈性模量定義為彈性變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變曲線的斜率。對(duì)于各向同性的材料而言，單向拉伸或壓縮時(shí)用正彈性模量來(lái)表征8. 內(nèi)耗產(chǎn)生的機(jī)制？（P259）1) 點(diǎn)陣中原子有序排列引起內(nèi)耗 2) 與位錯(cuò)有關(guān)的內(nèi)耗 3) 與晶界有關(guān)的內(nèi)耗 4) 此彈性內(nèi)耗 5) 熱彈性內(nèi)耗9. 影響金屬比熱容的主要因素？（P9)溫度，自由電子，合金成分，相變等10. 鐵磁性材料磁滯回線圖中主要參數(shù)有哪些，物理意義？（P134）Mr: 剩余磁化強(qiáng)度Br: 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度 Hc: 矯頑力 Ms: 飽和磁化強(qiáng)度 Bs: 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 起始磁導(dǎo)率(i): 磁化曲線起始部分的斜率 最大磁導(dǎo)率(m): 磁化曲線拐點(diǎn)k處的斜率11. 金屬熱容Cv與溫度關(guān)系