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材料物理性能期末復(fù)習(xí)題

2022-04-12 16:02 作者:答案鬼 0人讀過 | 我要投稿

期末復(fù)習(xí)題一、填空（20） 2.克勞修斯—莫索蒂方程建立了宏觀量介電常數(shù) 與微觀量極化率之間的關(guān)系。 3．固體材料的熱膨脹本質(zhì)是點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)間平均距離隨溫度升高而增大。 4．格波間相互作用力愈強(qiáng)，也就是聲子間碰撞幾率愈大，相應(yīng)的平均自由程愈小，熱導(dǎo)率也就愈低。 5．電介質(zhì)材料中的壓電性、鐵電性與熱釋電性是由于相應(yīng)壓電體、鐵電體和熱釋電體都是不具有對稱中心的晶體。 6．復(fù)介電常數(shù)由實(shí)部和虛部這兩部分組成，實(shí)部與通常應(yīng)用的介電常數(shù) 一致，虛部表示了電介質(zhì)中能量損耗的大小。 77777667．當(dāng)磁化強(qiáng)度M為負(fù) 值時(shí)，固體表現(xiàn)為抗磁性。 8．電子磁矩由電子的軌道磁矩和自旋磁矩組成。 9．無機(jī)非金屬材料中的載流子主要是電子和離子。 10．廣義虎克定律適用于各向異性的非均勻材料。 11．設(shè)某一玻璃的光反射損失為m，如果連續(xù)透過x塊平板玻璃，則透過部分應(yīng)為 ?I0?（1-m）2x 。 12．對于中心穿透裂紋的大而薄的板，其幾何形狀因子Y= ?

?。 13．設(shè)電介質(zhì)中帶電質(zhì)點(diǎn)的電荷量q，在電場作用下極化后，正電荷與負(fù)電荷的位移矢量為l，則此偶極矩為 ql ?。 14．裂紋擴(kuò)展的動力是物體內(nèi)儲存的彈性應(yīng)變能的降低大于等于由于開裂形成兩個(gè)新表面所需的表面能。 15.Griffith微裂紋理論認(rèn)為，斷裂并不是兩部分晶體同時(shí)沿整個(gè)界面拉斷，而是裂紋擴(kuò)展的結(jié)果。 16．考慮散熱的影響，材料允許承受的最大溫度差可用第二熱應(yīng)力因子表示。 17．當(dāng)溫度不太高時(shí)，固體材料中的熱導(dǎo)形式主要是聲子熱導(dǎo) 。 18．在應(yīng)力分量的表示方法中，應(yīng)力分量σ,τ的下標(biāo)第一個(gè)字母表示方向，第二個(gè)字母表示應(yīng)力作用的方向。 19．電滯回線的存在是判定晶體為鐵電體的重要根據(jù)。 20．原子磁矩的來源是電子的軌道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物質(zhì)的磁性主要由電子的自旋磁矩引起。 21. 按照格里菲斯微裂紋理論，材料的斷裂強(qiáng)度不是取決于裂紋的數(shù)量，而是決定于裂紋的大小，即是由最危險(xiǎn)的裂紋尺寸或臨界裂紋尺寸決定材料的斷裂強(qiáng)度。22. 復(fù)合體中熱膨脹滯后現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是由于不同相間或晶粒的不同方向上膨脹系數(shù)差別很大，產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，使坯體產(chǎn)生微裂紋。 23.晶體發(fā)生塑性變形的方式主要有滑移和孿生。 24.鐵電體是具有自發(fā)極化且在外電場作用下具有電滯回線的晶體。 25.自發(fā)磁化的本質(zhì)是電子間的靜電交換相互作用。二、名詞解釋(20) 自發(fā)極化：極化并非由外電場所引起，而是由極性晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所引起，使晶體中的每個(gè)晶胞內(nèi)存在固有電偶極矩，這種極化機(jī)制為自發(fā)極化。滯彈性：當(dāng)應(yīng)力作用于實(shí)際固體時(shí)，固體形變的產(chǎn)生與消除需要一定的時(shí)間，這種與時(shí)間有關(guān)的彈性稱為滯彈性。格波：處于格點(diǎn)上的原子的熱振動可描述成類似于機(jī)械波傳播的結(jié)果，這種波稱為格波，格波的一個(gè)特點(diǎn)是，其傳播介質(zhì)并非連接介質(zhì)，而是由原子、離子等形成的晶格。電介質(zhì)：指在電場作用下能建立極化的一切物質(zhì)。電偶極子：是指相距很近但有一距離的兩個(gè)符號相反而量值相等的電荷。

蠕變（creep）(緩慢變形)：固體材料在保持應(yīng)力不變的條件下，應(yīng)變隨時(shí)間延長而增加的現(xiàn)象。它與塑性變形不同，塑性變形通常在應(yīng)力超過彈性極限之后才出現(xiàn)，而蠕變只要應(yīng)力的作用時(shí)間相當(dāng)長，它在應(yīng)力小于彈性極限時(shí)也能出現(xiàn)。

壓電效應(yīng)：不具有對稱中心的晶體在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)對不具有對稱中心晶體的極化方向上施加電場，晶體也會發(fā)生變形，電場去掉后，晶體的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，或稱為電致伸縮現(xiàn)象。

電致伸縮：當(dāng)在不具有對稱中心晶體的極化方向上施加電場時(shí)，晶體會發(fā)生變形，電場去掉后，晶體的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為電致伸縮現(xiàn)象，或稱為逆壓電效應(yīng)。

鐵電體：具有自發(fā)極化且在外電場作用下具有電滯回線的晶體。

三、問答題（每題5分，共20分）

2.簡述位移極化和松馳極化的特點(diǎn)。

答：位移式極化是一種彈性的、瞬時(shí)完成的極化，不消耗能量；

松弛極化與熱運(yùn)動有關(guān)，完成這種極化需要一定的時(shí)間，并且是非彈性的，因而消耗一定的能量。

3.鐵磁性與鐵電性的本質(zhì)差別是什么？

答：⑴ 鐵電性由離子位移引起，鐵磁性由原子取向引起。

⑵ 鐵電性在非對稱性的晶體中發(fā)生，鐵磁性發(fā)生在次價(jià)電子的非平衡自旋中。

? ⑶ 鐵電體的居里點(diǎn)是由于晶體相變引起的，鐵磁性的居里點(diǎn)是原子的無規(guī)則振動破壞了原子間的“交換”作用，從而使自發(fā)磁化消失引起的。

4.為什么金屬材料有較大的熱導(dǎo)率，而非金屬材料的導(dǎo)熱不如金屬材料好？

答：固體中導(dǎo)熱主要是由晶格振動的格波和自由電子運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的。在金屬中由于有大量的自由電子，而且電子的質(zhì)量很輕，所以能迅速地實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞。雖然晶格振動對金屬導(dǎo)熱也有貢獻(xiàn)，但只是很次要的。在非金屬晶體，如一般離子晶體的晶格中，自由電子是很少的，晶格振動是它們的主要導(dǎo)熱機(jī)構(gòu)。因此，金屬一般都具有較非金屬材料更大的熱導(dǎo)率。

6．如果要減少由多塊玻璃組成的透鏡系統(tǒng)的光反射損失，通?？梢圆扇∈裁捶椒?？為什么？

答：有多塊玻璃組成的透鏡系統(tǒng)，常常用折射率和玻璃相近的膠粘起來，這樣除了最外和最內(nèi)的兩個(gè)表面是玻璃和空氣的相對折射率外，內(nèi)部各界面均是玻璃和膠的較小的相對折射率，從而大大減少了界面的反射損失。

7．闡述大多數(shù)無機(jī)晶態(tài)固體的熱容隨溫度的變化規(guī)律。

答：根據(jù)德拜熱容理論，在高于德拜溫度θD時(shí)，熱容趨于常數(shù)(25J／(K·mo1)，低于θD時(shí)與T3成正比。因此，不同材料的θD是不同的。無機(jī)材料的熱容與材料結(jié)構(gòu)的關(guān)系是不大的，絕大多數(shù)氧化物、碳化物，熱容都是從低溫時(shí)的一個(gè)低的數(shù)值增加到1273K左右的近似于25J／K·mol的數(shù)值。溫度進(jìn)一步增加，熱容基本上沒有什么變化。

8.有關(guān)介質(zhì)損耗描述的方法有哪些？其本質(zhì)是否一致？

答：損耗角正切、損耗因子、損耗角正切倒數(shù)、損耗功率、等效電導(dǎo)率、復(fù)介電常數(shù)的復(fù)項(xiàng)。多種方法對材料來說都涉及同一現(xiàn)象。即實(shí)際電介質(zhì)的電流位相滯后理想電介質(zhì)的電流位相。因此它們的本質(zhì)是一致的。

9.簡述提高陶瓷材料抗熱沖擊斷裂性能的措施。

答：(1) 提高材料的強(qiáng)度sf，減小彈性模量E。(2) 提高材料的熱導(dǎo)率。(3) 減小材料的熱膨脹系數(shù)。(4) 減小表面熱傳遞系數(shù)h。(5) 減小產(chǎn)品的有效厚度rm。

10.為什么含有未滿殼層的原子組成的物質(zhì)中只有一部分具有鐵磁性？

含有未滿殼層原子組成的物質(zhì)包括順磁性物質(zhì)和有序磁性物質(zhì)。由于順磁性物質(zhì)中原子做無規(guī)則熱振動，原子磁矩排列雜亂無章，宏觀上不表現(xiàn)磁性；有序磁性物質(zhì)包括反鐵磁性、亞鐵磁性和鐵磁性物質(zhì)，由于在反鐵磁性或亞鐵磁性物質(zhì)中磁性有序的原子排列形成的磁矩平行和反平行相間排列，其磁矩完全或部分抵消，故只有部分磁矩（或自旋電子）方向相同的有序磁性物質(zhì)具有鐵磁性。

四、論述題：（本題共兩題，共20分）

2．說明下圖中各個(gè)參量，數(shù)字及曲線所代表的含義。

答：Bs——飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，當(dāng)外加磁場H增加到一定程度時(shí)，B值就不再上升，也就是這塊材料磁化的極限。

?Br——剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，當(dāng)外加磁場降為0時(shí)，材料依然保留著磁性，其強(qiáng)度為Br。

?Hc——矯頑力（矯頑磁場強(qiáng)度），表示材料保持磁化、反抗退磁的能力。據(jù)此大小可以區(qū)分軟磁和硬磁。

μ——磁導(dǎo)率（=B/H），表示材料能夠傳導(dǎo)和通過磁力線的能力。

Oabc段表示材料從宏觀無磁性到有磁性的磁化過程；cdefghc段表示物質(zhì)在外加磁場中磁化、退磁再磁化的過程，因?yàn)橥舜诺倪^程滯后于磁化曲線，故又稱此曲線為磁滯回線。由該曲線圍成的空間有明確的物理意義，即曲線圍起的面積越大，矯頑力（Hc）越大，要求的矯頑場強(qiáng)越大，磁化所需的能量越大，磁性材料就越“硬”；反之，曲線圍起的面積越小，磁性材料就越“軟”。

編輯

2.用固體能帶理論說明什么是導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體，并予以圖示。

答：根據(jù)能帶理論，晶體中并非所有電子，也并非所有的價(jià)電子都參與導(dǎo)電，只有導(dǎo)帶中的電子或價(jià)帶頂部的空穴才能參與導(dǎo)電。從下圖可以看出，導(dǎo)體中導(dǎo)帶和價(jià)帶之間沒有禁區(qū)，電子進(jìn)入導(dǎo)帶不需要能量，因而導(dǎo)電電子的濃度很大。在絕緣體中價(jià)帶和導(dǎo)期隔著一個(gè)寬的禁帶Eg，電子由價(jià)帶到導(dǎo)帶需要外界供給能量，使電子激發(fā)，實(shí)現(xiàn)電子由價(jià)帶到導(dǎo)帶的躍遷，因而通常導(dǎo)帶中導(dǎo)電電子濃度很小。