材料物理-李志林-期末试题2及答案

1北京化工大学《材料物理》期末考试试卷参考答案一、解释概念：（20分）能带：电子可以占据的能量范围为允带，不可以占据的能量范围称为禁带，将允带和禁带统称为能带。晶体缺陷：晶体中偏离理想的完整结构的区域。混合型位错：柏氏矢量与位错线既不平行也不垂直的位错。贝氏体转变：一种半扩散型转变，其特征为相变既有切变共格的机制，表现为表面浮凸和惯习现象等晶体学特征，又伴随着原子的扩散。玻璃化转变温度：过冷液体冷却过程中体积－温度曲线出现转折的温度。从技术上规定为粘度达到一定值(1012Pas)的温度。极化：沿电场方向产生电偶极矩或电偶极矩改变，是材料对外电场的响应。或电介质在电场中产生感应电荷的现象。磁场强度：单位磁极在磁场中所受的力称为磁场强度，用H表示蠕变：一定应力下随时间延长而发生的缓慢变形。一般在高温下进行。杜隆－珀替定律：恒压条件下元素的原子热容为25J/(K.mol)(3R)。霍尔效应：通电导体在与电流垂直的外磁场内产生一个与电流和外磁场都垂直的电场。二、简要回答如下问题（66分）1、用公式1exp1)(FkTE-EEf解释自由电子在0K和TK时的能量分布，并说明T改变时在大于、小于和等于EF时该能量分布如何变化。（10分）答：当T=0K时，若E0FE，则f(E)=0若E0FE，则f(E)=1即在0FE以下的能级满填，0FE以上的能级不能填充；当T0K时，若E=EF，则f(E)=1/22若EEF，则当EEF时，f(E)=1；EF-EkT时f(E)1若EEF，则当EEF时，f(E)=0；E-EFkT时f(E)1/2即能量接近EF的部分电子可以跃升到EF以上，能量远离EF的能级仍是满填的。当温度升高时，跃升的电子增多，且最大能量升高，温度降低时相反。2、在晶胞中画出下列晶面和晶向：[111]，[120]；(110)；(210)（8分）3、已知面心立方晶体的原子半径为R，求其晶胞体积。（6分）如图：对面心立方晶体，其对角线4R=2a所以RRa2224晶胞体积333216)22(RRaV4、试述马氏体相变的概念及其特征。（8分）马氏体相变：由母相通过无扩散的协同切变机制变成新相的相变方式。特征：1、切变共格和表面浮凸：由母相到新相是以均匀切变的方式进行的，母相与新相共格，在抛光的表面引起浮凸。2、具有一定的位相关系和惯习面：切变共格的结果。3、无扩散性：相变过程中无原子扩散。4、造成大量的晶体缺陷：如位错和孪晶。5、可逆性：有逆转变，即结构和位向在一定条件下又可恢复母相的状态。6、不完全性：一般不能获得完全的新相，总有母相残留。5、什么是超导？迈斯纳效应有何现象？（6分）某些导体当温度降到某一临界温度以下，电阻突然降到零的现象。迈斯纳效应：在超导状态下施加磁场，磁场不能进入超导体中的现象。6、什么是塞贝克效应？什么是珀尔帕效应？它们各有何应用，试分别举一例加以说明？（6分）ZYXZYXZYXa3把具有不同热电功率的金属丝连结形成回路，如果两端接触处有温度差，回路中有电流，端点间有电动势。这种现象称为塞贝克效应。塞贝克效应主要应用于热电偶测温。把相同温度的两种不同导体连接起来并使电流流过，在接合部则产生放热或吸热，称珀尔帕效应。珀尔帖效应主要应用于电子冷冻技术。7、简要阐述电子轨道磁矩和自旋磁矩的来源和大小。（8分）电子轨道磁矩来源于电子的轨道运动。假设电子沿圆形轨道以一定角速度运动时，电子的运动形成一电流回路，同时产生一磁场，根据右手法则可确定磁矩的方向。其大小根据量子力学可推知与角量子数或磁量子数有关，是B=9.2710-24J/T的整数倍。电子的自旋磁矩来源于电子的自旋，其大小是一个固定值，为B=9.2710-24J/T。8、材料的导热有哪些机制？简述对不同材料和温度何种机制起主要作用？（6分）电子导热，声子导热，光子导热。金属中有大量的自由电子，导热以电子导热为主。具有较高的导热系数。陶瓷材料中没有自由电子，主要是声子在低温下导热，在高温下以光子导热。合金的导热以电子和声子的共同作用。高分子材料导热主要是声子导热，具有较低的导热系数。9、介电损耗与哪些因素有关？（8分）介电损耗由外界条件和材料内部因素共同决定。材料的内部因素主要是指其损耗角，损耗角取决于复介电常数的实部与虚部的比。外界条件有其电场频率，温度，湿度等。例如当外加电场频率ω很低，不存在介电损耗。当外加电场频率逐渐升高时，介电损耗随ω升高而增大，当ω很高时，介电损耗趋于零。三、计算题（14分）1、已知碳在-Fe中扩散时，D0=8.410-1cm2/s，Q=140kJ/mol，求碳在-Fe中927oC时的扩散系数与1027oC时的扩散系数之比。（8分）RTQeDD0)273927(314.81014019273104.8eD6.610-7cm2/s)2731027(314.810140110273104.8eD19.4310-7cm2/s所以D1027/D92732、试推导线膨胀系数与体膨胀系数之间的关系。（6分）根据线膨胀系数的定义Tlll0和体膨胀系数的定义TVVV0，有温度升高T时的长度4)1(00TlllllT体积)1(00TVVVVVT其中l和V分别是平均线膨胀系数和体膨胀系数。对各向同性材料，有30303)1()]1([TVTllVllTT由于很小，可略去二次项以上的高次项，则：)31(0TVVlT即V＝3l同理lV3