材料物理性能复习题库

材料物理性能习题与解答材料的热学性能2-1计算室温（298K）及高温（1273K）时莫来石瓷的摩尔热容值，并请和按杜龙-伯蒂规律计算的结果比较。（1）当T=298K，Cp=a+bT+cT-2=87.55+14.96*10-3*298-26.68*105/2982=87.55+4.46-30.04=61.97*4.18J/mol.K（2）当T=1273K，Cp=a+bT+cT-2=87.55+14.96*10-3*1293-26.68*105/12732=87.55+19.34-1.65=105.24*4.18J/mol.K=438.9J/mol.K据杜隆-珀替定律：(3Al2O3.2SiO4)Cp=21*24。94=523.74J/mol.K2-2康宁1723玻璃（硅酸铝玻璃）具有下列性能参数：λ=0.021J/(cm.s.℃);α=4.6*10-6/℃;σp=7.0Kg/mm2.E=6700Kg/mm2,μ=0.25.求第一及第二热冲击断裂抵抗因子。第一冲击断裂抵抗因子：ERf)1(=66610*8.9*6700*10*6.475.0*10*8.9*7=170℃第二冲击断裂抵抗因子：ERf)1(=170*0.021=3.57J/(cm.s)2-6NaCl和KCl具有相同的晶体结构，它们在低温下的Debye温度θD分别为310K和230K，KCl在5K的定容摩尔热容为3.8*10-2J/(K.mol),试计算NaCl在5K和KCl在2K的定容摩尔热容。2-7证明固体材料的热膨胀系数不因为含均匀分散的气孔而改变。3材料的光学性能3-1．一入射光以较小的入射角i和折射角r通过一透明明玻璃板,若玻璃对光的衰减可忽略不计,试证明明透过后的光强为(1-m)2解：rinsinsin21W=W’+W’’m1'111'22121其折射光又从玻璃与空气的另一界面射入空气则21'1'mWWmWW3-2光通过一块厚度为1mm的透明Al2O3板后强度降低了15%，试计算其吸收和散射系数的112233113233341055.1108.331023051043.2108.3522)(5120KmolJKCNaClKmolJKCKClTNkCThVhVDhV）（有，对于）（有，对于）时有理论，当温度很低（根据德拜模型的热容量。，也不影响所以气孔不影响，数由于空气组分的质量分对于复合材料有lViiiiiiiiVWWKWK0//定律所得的计算值。趋近按，可见，随着温度的升高PetitDulongCmP,总和。解:11.0)()(0)(0625.185.0ln1085.0cmseeIIeIIsxsxs3-3有一材料的吸收系数α=0.32cm-1，透明光强分别为入射的10%，20%，50%及80%时，材料的厚度各为多少？解:cmcmXXcmXcmXIIxxIIeeIIxx697.032.08.0ln17.232.05.0ln,03.532.02.0ln,2.732.01.0lnln43210003-4一玻璃对水银灯蓝、绿谱线λ=4358A和5461A的折射率分别为1.6525和1.6245，用此数据定出柯西Cauchy近似经验公式2BAn的常数A和B，然后计算对钠黄线λ=5893A的折射率n及色散率dn/dλ值。解：53226622210431.12)'(:6176.15893104643.15754.15893104643.15754.154616245.143586525.1BBddnnBABABABAn色散率时3-7．一光纤的芯子折射率n1=1.62,包层折射率n2=1.52,试计算光发生全反射的临界角θc.解：8.69218.162.152.1sinsin1121nnc4材料的电导性能4-1实验测出离子型电导体的电导率与温度的相关数据，经数学回归分析得出关系式为：TBA1lg(1)试求在测量温度范围内的电导活化能表达式。(2)若给定T1=500K，σ1=10-9（1).cmT2=1000K，σ2=10-6（1).cm计算电导活化能的值。解：（1）)/(10TBA10ln)/(lnTBA10ln)/(TBAe=)/.10(ln10lnTBAee=)/(1kTWeAW=kB..10ln式中k=)/(10*84.04KeV（2）500/10lg9BA1000/10lg6BAB=-3000W=-ln10.(-3)*0.86*10-4*500=5.94*10-4*500=0.594eV4-3本征半导体中，从价带激发至导带的电子和价带产生的空穴参与电导。激发的电子数n可近似表示为：)2/exp(kTENng式中N为状态密度，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度。试回答以下问题：（1）设N=1023cm-3,k=8.6”*10-5eV.K-1时,Si(Eg=1.1eV),TiO2(Eg=3.0eV)在室温（20℃）和500℃时所激发的电子数（cm-3）各是多少：（2）半导体的电导率σ（Ω-1.cm-1）可表示为ne式中n为载流子浓度（cm-3），e为载流子电荷（电荷1.6*10-19C）,μ为迁移率（cm2.V-1.s-1）当电子（e）和空穴（h）同时为载流子时，hheeenen假定Si的迁移率μe=1450（cm2.V-1.s-1），μh=500（cm2.V-1.s-1），且不随温度变化。求Si在室温（20℃）和500℃时的电导率解：（1）Si20℃)298*10*6.8*2/(1.1exp(10523n=1023*e-21.83=3.32*1013cm-3500℃)773*10*6.8*2/(1.1exp(10523n=1023*e-8=2.55*1019cm-3TiO220℃)298*10*6.8*2/(0.3exp(10523n=1.4*10-3cm-3500℃)773*10*6.8*2/(0.3exp(10523n=1.6*1013cm-3(2)20℃hheeenen=3.32*1013*1.6*10-19(1450+500)=1.03*10-2（Ω-1.cm-1）500℃hheeenen=2.55*1019*1.6*10-19(1450+500)=7956（Ω-1.cm-1）4-6一块n型硅材料，掺有施主浓度315/105.1cmND，在室温（T=300K）时本征载流浓度312/103.1cmni，求此时该块半导体的多数载流子浓度和少数载流子浓度。4-10300K时，锗的本征电阻率为47Ω.cm,如电子空求本征锗的载流子浓度分别为3900sVcm./2和1900sVcm./2.求本征锗的载流子浓度.4-11本征硅在室温时电子和空穴迁移分别为1350sVcm./2和500sVcm./2,当掺入百万分之一的As后,设杂质全部电离,试计算其电导率.比本征硅的电导率增大了多少倍?5材料的磁学性能5-6自发磁化的物理本质是什么?材料具有铁磁性的充要条件是什么?答:铁磁体自发磁化的本质是电子间的静电交换相互作用材料具有铁磁性的充要条件为:(1)必要条件:材料原子中具有未充满的电子壳层,即原子磁矩(2)充分条件:交换积分A05-7超交换作用有哪些类型?为什么A-B型的作用最强?答:具有三种超交换类型:A-A,B-B和A-B因为金属分布在A位和B位,且A位和B位上的离子磁矩取向是反平行排列的.超交换作用的强弱取决于两个主要的因素:1)两离子之间的距离以及金属离子之间通过氧离子所组成的键角ψi2)金属离子3d电子数目及轨道组态.A-B型ψ1=125°9’;ψ2=150°34’A-A型ψ3=79°38’B-B型ψ4=90°;ψ5=125°2’因为ψi越大,超交换作用就越强,所以A-B型的交换作用最强.5-8论述各类磁性χ-T的相互关系5-14.比较静态磁化与动态磁化的特点材料受磁场作用磁滞回归线包围面积磁损耗静态磁化静态磁场大静态磁滞损耗动态磁化动态磁场小磁滞损耗，涡流损耗，剩余损耗。少子；多子解：)(/1013.1)(/105.139203150cmNnpcmNnNnDiDDi31319/1029.2)19003900(106.1471)(1)(1cmqnqnpniipniii解：661119163163221161910310108.21085.3/8.108.101350106.1105/105,/1051085.3)5001350(106.1103.1)(/103.1300innDnDipniiicmqncmncmNSicmqncmnSiK则的密度本征又的时解：6-1金红石（TiO2）的介电常数是100，求气孔率为10%的一块金红石陶瓷介质的介电常数。6-2一块1cm*4cm*0.5cm的陶瓷介质，其电容为2.4-6μF,损耗因子tgδ为0.02。求：相对介电常数；损耗因素。6-3镁橄榄石(Mg2SiO4)瓷的组成为45%SiO2,5%Al2O3和50%MgO,在1400℃烧成并急冷（保留玻璃相），陶瓷的εr=5.4。由于Mg2SiO4的介电常数是6.2，估算玻璃的介电常数εr。（设玻璃体积浓度为Mg2SiO4的1/2）6-4如果A原子的原子半径为B的两倍，那么在其它条件都是相同的情况下，原子A的电子极化率大约是B的多少倍？6-5为什么碳化硅的电容光焕发率与其折射率的平方n2相等2,1,nnSiCnVCnCV＝属于非铁磁性物质由于折射率论解：麦克斯韦电磁场理题库一、填空题14、杜隆—伯替定律的内容是：恒压下元素的原子热容为25J/Kmol。15、在垂直入射的情况下，光在界面上的反射的多少取决于两种介质的相对折射率。18、导电材料中载流子是离子、电子和空位。19、金属材料电导的载流子是自由电子，而无机非金属材料电导的载流子可以是电子、电子空穴，或离子、离子空位。20、晶体的离子电导可以分为离子固有电导／或本征电导和杂质电导两大类。21、电子电导的特征是具有霍尔效应效应，离子电导的特征是具有电解效应。22、晶体中热阻的主要来源是声子间碰撞引起的散射.23．在半导体材料中，载流子散射主要有两方面的原因：电离杂质散射和晶格振动散射。27、本征半导体硅的禁带宽度是1.14eV，它能吸收的辐射的最大波长为1087.6nm。(普朗克恒量h＝6.63×10-34J·s，1eV＝1.6×10-19J)23、超导体的两个基本特性是完全导电性和完全抗磁性。24、介质的极化有两种基本形式：松弛极化和位移式极化。25、BaTiO3电介质在居里点以下存在电子位移极化、离子位移极化、离子松弛极化和自发极化四种极化机制.17、热击穿的本质是介质在电场中极化，介质损耗发热，当热量在材料内积累,材料温度升高，当出现永久性损坏。26、电介质的击穿形式有电击穿，热击穿和化学击穿三种形式。29、对介质损耗的主要影响因素是频率和温度。29、物质的磁性是由电子的运动产生的.30、材料磁性的本源是材料内部电子的循轨和自旋运动。31、材料的抗磁性来源于电子循轨运动时受外加磁场作用所产生的抗磁矩。二、选择题92.851.0)300132(9.011.0)300132(1009.0)332()332(1.0,1;9.0,100dmdmddmdmmddmm