材料物理性能部分课后习题..

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.M∝T的三次⽅2.何为德拜温度？有什么物理意义？

答：HD=hνMAX/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

1.300K1×10-6Ω·m4000K时电阻率增加5%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) + p(杂400k) ----(2) ⼜: p(镍400k) = p(镍300k) * [1+ α* 100] ----(3) 其中参数: α为镍的温度系数约= 0.007 ; p(镍300k)(室温) = 7*10∧-6 Ω.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—

温度低于TN时它们的原⼦磁化率随着温度下降⽽减⼩当T→0K

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

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矫顽⼒Hc：⼀个试样磁化⾄饱和，如果要µ=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：µ=B/H，表征磁性介质的物理量，µ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=χ^H，χ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：λ=（ｌ-ｌ0）/ｌ0，λ称为线磁致伸缩系数。随着外磁场的增强，致磁体的磁化强度增强，这时︳λ︳也随之增⼤。当H=Hs时，磁化强度达到饱和值，此时λ=λs，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)

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η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: Br: Hc:

Ms: Bs:

起始磁导率(µi):

最⼤磁导率(µm): 磁化曲线拐点k处的斜率

11.⾦属热容Cv与温度关系的曲线中，三个温度区间⾃由电⼦和晶格振动对热容贡献有什么不同?

第Ⅰ阶段温度降⾄10K以下时,由于离⼦的振动渐趋于0热容主要由⾃由电⼦的运动贡献Cv与T成正⽐地趋于0。曲线第Ⅱ到ΘD时Cv与T三次⽅成正⽐,热容随温度降低⽽急剧下降。

12.⼀材料室温杨⽒模量为350000000N/m2,泊松⽐为0.35，计算其剪切模量和体积模量（P239)G=E/2(1+u）K=E/3(1-2u)