材料物理性能部分课后习题

1、课后习题第一章1.德拜热容的成功之处是什么？ 答：德拜热容的成功之处是在低温下，德拜热容理论很好的描述了晶体热容，CV.MT的三次方2.何为德拜温度？有什么物理意义？ 答：HD=hMAX/k    德拜温度是反映晶体点阵内原子间结合力的一个物理量德拜温度反映了原子间结合力，德拜温度越高，原子间结合力越强3.试用双原子模型说明固体热膨胀的物理本质答：如图，U1（T1）、U2（T2）、U3(T3）为不同温度时的能量，当原子热振动通过平衡位置r0时，全部能量转化为动能，偏离平衡位置时，动能又逐渐转化为势能；到达振幅最大值时动能降为零，势能打

2、到最大。由势能曲线的不对称可以看到，随温度升高，势能由U1(T1）、U2（T2）向U3（T3）变化，振幅增加，振动中心就由r0'，r0''向r0'''右移，导致双原子间距增大，产生热膨胀第二章 1.镍铬丝电阻率300K为1×10-6·m加热到4000K时电阻率增加5%假定在此温度区间内马西森定则成立。试计算由于晶格缺陷和杂质引起的电阻率。解：按题意:p(300k) = 10-6 则: p(400k) = (10-6)* (1+0.05) -(1) 在400K温度下马西森法则成立，则: p(400k) = p(镍400k) +

3、p(杂400k) -(2) 又: p(镍400k) = p(镍300k) * 1+ * 100 -(3) 其中参数: 为镍的温度系数约 = 0.007 ; p(镍300k)(室温) = 7*10-6 .cm) 将(1)和(3)代入(2)可算出杂质引起的电阻率 p(杂400k)。2.为什么金属的电阻因温度升高而增大，而半导体的电阻却因温度的升高而减小？对金属材料，尽管温度对有效电子数和电子平均速率几乎没有影响，然而温度升高会使离子振动加剧，热振动振幅加大，原子的无序度增加，周期势场的涨落也加大。这些因素都使电子运动的自由称减小，散射几率增加而导致电阻率增大 而对半导体当温度升高时，满带中有少量电

4、子有可能被激发到上面的空带中去，在外电场作用下，这些电子将参与导电。同时，满带中由于少了一些电子，在满带顶部附近出现了一些空的量子状态，满带变成了部分占满的能带，在外电场作用下，仍留在满带中的电子也能够起导电作用。3.表征超导体性能的3个主要指标是什么?(P80)（表征超导体的两个基本特性完全的导电性和完全的抗磁性） 1)，临界转变温度TC，即成为超导态的最高温度 2)。临界磁场HC，即能破坏超导态的最小磁场，HC的大小与超导材料的性质有关 3)，临界电流密度JC，即材料保持超导状态的最大输入电流第三章1. 什么是自发磁化？（P142)在铁磁质内部存在着很强的“分子场”,在这种“分子场”的作用

5、下，原子磁矩趋于同向平行排列，即自发的磁化饱和（铁磁性材料的磁性是自发产生的。所谓磁化过程（又称感磁或充磁）只不过是把物质本身的磁性显示出来，而不是由外界向物质提供磁性的过程）2.形成铁磁性的基本条件是什么？ (P143)答：1）原子内部要有未填满的电子壳层，原子磁矩不等于零（必要条件） 2.）Rab/r>3 交换积分A>0(充分条件）或者：1）在原子中存在有未被电子填满的状态（指d或f状态）是产生铁磁性的必要条件;2）产生铁磁性不仅仅取决于原子本身的原子磁矩是否高，而且还取决于形成晶体时原子间的相互键合作用。这个作用是否对形成铁磁性有利，这是形成铁磁性的第二个条件（充分

6、条件)3. 简述影响金属及其合金铁磁性的因素有哪些？（P158）一是外部环境因素，如温度和应力等。二是金属及合金内部因素，如成分，组织和结构，热处理状态等。4. 磁畴的大小和结构由哪些条件决定？（P149)1)退磁场能最小要求是磁畴形成的根本原因2）磁畴数目的多少和尺寸形状取决于退磁场能和磁畴壁能的平衡条件5.分析抗磁性，顺磁性，反铁磁性，亚铁磁性的磁化率与温度的关系？（P132） 1）抗磁性是由外磁场作用下电子循轨运动产生的附加磁矩所造成的与温度无关或随温度变化很小。 2）根据顺磁磁化率与温度的关系可以把顺磁体分为三类一是正常顺磁体其原子磁化率与温度成反比二是磁化率与温度无关的顺磁体三是存在

7、反铁磁体转变的顺磁体当温度高于一定的转变温度TN时它们和正常顺磁体一样服从居里外斯定律当温度低于TN时它们的原子磁化率随着温度下降而减小当T0K时磁化率趋于数。 3）反铁磁性物质的原子磁化率在温度很高时很小随着温度逐渐降低磁化率逐渐增大温度降至某一温度TN时磁化率升至最大值再降低温度磁化率又减小。 4）亚铁磁性物质的原子磁化率随温度的升高而逐渐降低6.试说明下列磁学量的定义和概念：磁化强度、矫顽力、饱和磁化强度、 磁导率、磁化率、磁各向异性常数、饱和磁致伸缩系数（P130 131 146 147 157)磁化强度：一个物体在外磁场中被磁化的程度，用单位体积内磁矩的多少来衡量，成为磁化强度M矫顽

8、力Hc：一个试样磁化至饱和，如果要=0（或B=0），则必须加上一个 反向磁场Hc，成为矫顽力。饱和磁化强度：磁化曲线中，随着磁化场的增加，磁化强度M或磁感强度 B开始增加较缓慢，然后迅速增加，再转而缓慢地增加，最后磁化至饱和。Ms成为饱和磁化强度，Bs成为饱和磁感应强度 磁导率：=B/H，表征磁性介质的物理量，称为磁导率、 磁化率：从宏观上来看，物体在磁场中被磁化的程度与磁化场的磁场强度有关。 M=H，称为单位体积磁化率磁晶各向异性常数：磁化强度矢量沿不同晶轴方向的能量差代表磁晶各向异性能，用Ek表示。磁晶各向异性能是磁化矢量方向的函数饱和磁致伸缩系数：=（-0）/0，称为

9、线磁致伸缩系数。随着外磁场的增强，致磁体的磁化强度增强，这时也随之增大。当H=Hs时，磁化强度达到饱和值，此时=s，称为饱和磁致伸缩所致第五章1. 用双原子模型解释材料弹性的物理本质正常状态下,材料晶格中的离子受离子间相互作用力控制保持在其平衡位置仅作微小热振动.离子间作用力包括由正离子和自由电子间库仑力所产生的引力和由离子之间电子壳层产生应变所产生的斥力,引力和斥力都是离子间距离的函数,在离子的平衡位置合力为零.当外力作用于离子时,合力曲线零点位置改变,离子位置随之相应调整,即产生位移,离子位移的总和在宏观上表现为材料的变形.外力去除后离子依靠彼此之间的作用力回到原来的平衡位置,宏观变形随之

10、消失,即弹性变形的可逆性.2. 简要说明产生弹性的铁磁反常现象的物理本质及其应用？（P249)产生弹性的铁磁性反常现象的物理本质是由于铁磁体中磁致伸缩的存在引起附加应变所造成的。对于未被磁化到饱和的铁磁材料所有磁畴并没有沿着同一个方向排列在外力作用下发生弹性形变时磁畴的磁矩将会转动产生相应的磁致伸缩力致伸缩在拉伸时具有正的磁致伸缩的材料其磁畴矢量将转向垂直于拉伸方向同样在拉伸方向上产生附加拉伸。应用是因瓦合金和艾林瓦合金即弹性模量温度系数接近于零的恒弹性合金。3. 计算2Cr13不锈钢在100°C时的纵向弹性波c1和横向弹性波Ct的传播速度？1. 什么是软磁材料?软磁材料是指容易磁化

11、和退磁的铁磁和亚铁磁材料它应具备的性能为：1.在低磁场下，就能磁化达到它的饱和磁化强度的百分之80-90，即它的起始磁导率要高，而且饱和磁化强度也要高。2.没有（尽可能小）晶体各向异性。3.磁致神缩常数要小，避免应力使它产生各向异性；这类大都是金属或合金软磁材料。.(纯铁和铁硅钢 铁鈷软磁合金 .铁镍合金 .软磁铁氧体)2. 什么是硬磁材料？硬磁材料是指材料一经磁化，磁场去掉后，它仍保留有剩余磁化强度，而且不易退磁的材料.(铝镍钴磁铁 铂鈷磁铁 .钡和锶铁氧体 .钐鈷永磁 .NeFeB永磁材料 钐铁氮永磁材料)3. 什么是磁致伸缩效应？(P146)铁磁体在磁场中被磁化时，其形状和尺寸都会发生变

12、化的现象4. 铁磁金属的磁化特点？磁化率不是定值而且变化很大存在着磁滞现象很容易磁化并达到饱和状态5. 畴壁移动阻力有哪些？(P155)在外磁场作用下，内部磁矩取向和磁场方向比较接近的磁畴的体积将增大，而磁矩取向和磁场方向夹角较大的磁畴体积将缩小。这一磁化过程相当于畴壁从未加磁场前的位置移到了一个新的位置，从而使材料的磁化强度有一净的增大量。这一过程称为畴壁位移。它是技术磁化过程的重要机理之一。畴壁位移的阻力主要来自材料内部的内应力、掺杂、气孔、缺陷等对畴壁的钉扎。畴壁位移的容易与否将是影响磁导率、矫顽力等磁性参数的重要因素6. 什么是尼耳温度Tn？(P139)尼耳温度Tn是表征抗磁性向顺磁性

13、转变的临界温度7.什么是弹性模量？什么是正弹性模量？(P234)弹性模量是指当有力施加于物体或物质时，其弹性变形（非永久变形）趋势的数学描述。物体的弹性模量定义为弹性变形区的应力应变曲线的斜率。对于各向同性的材料而言，单向拉伸或压缩时用正弹性模量来表征8. 内耗产生的机制？（P259）1) 点阵中原子有序排列引起内耗 2) 与位错有关的内耗 3) 与晶界有关的内耗 4) 此弹性内耗 5) 热弹性内耗9. 影响金属比热容的主要因素？（P9)温度，自由电子，合金成分，相变等10. 铁磁性材料磁滞回线图中主要参数有哪些，物理意义？（P134）Mr: 剩余磁化强度Br: 剩余磁感应强度 Hc: 矫顽力 Ms: 饱和磁化强度 Bs: 饱和磁感应强度 起始磁导率(i): 磁化曲线起始部分的斜率 最大磁导率(m): 磁化曲线拐点k处的斜率11. 金属热容Cv与温度关系