热力学与动力学往年考试整理
热力学与动力学往年考试整理
判断题：
1.由亚稳相向稳定相转变不需要推动力。X
2.压力可以改变材料的结构，导致材料发生相变。V
3.对于凝聚态材料，随着压力升高，熔点提高。V
4.热力学第三定律指出：在0K时任何纯物质的熵值等于零。X
5.在高温下各种物质显示相同的比热。V
6.溶体的性质主要取决于组元间的相互作用参数。V
7.金属和合金在平衡态下都存在一定数量的空位，因此空位是热力学稳定的缺
陷。V
8.固溶体中原子定向迁移的驱动力是浓度梯度。X
9.溶体中析出第二相初期，第二相一般与母相保持非共格以降低应变能。X
10.相变过程中如果稳定相的相变驱动力大于亚稳相，一定优先析出。X
1.根据理查德规则，所有纯固体物质具有大致相同的熔化熵。
2.合金的任何结构转变都可以通过应力驱动来实现。
3.在马氏体相变中，界面能和应变能构成正相变的阻力，但也是逆相变的驱动
力。
4.在高温下各种纯单质固体显示相同的等容热容。
5.二元溶体的混合熵只和溶体的成分有关，与组元的种类无关。
6.材料相变形核时，过冷度越大，临界核心尺寸越大。
7.二元合金在扩散时，两组元的扩散系数总是相同。
8.焓具有能量单位，但它不是能量，也不遵守能量守恒定律；但是系统的焓变
可由能量表达。
9.对于凝聚态材料，随着压力升高，熔点提高,BCC—FCC转变温度也升高。
10.由于马氏体相变属于无扩散切变过程，因此应力可以促发形核和相变。
简答题：
1．一般具有同素异构转变的金属从高温冷却至低温时，其转变具有怎样的体积特征？试根据高温和低温下自由能与温度的关系解释此现象。有一种具有同素异构转变的常用金属和一般金属所具有的普遍规律不同，请指出是那种金属？简要解释其原因？（8分）
材料热力学与动力学：热力学定律习题
第一章 热力学定律 习题课
⑧ 系统从状态I变化到状态II，若ΔT = 0，则Q = 0， 无热量交换。
解释：热是过程函数，不是状态函数，其变化值与具体变化 途径有关。当ΔT = 0时，仅说明始终态温度相同，变化途径 未知，Q 不一定为0。
⑨ 在等压下，机械搅拌绝热容器中的液体，使其温度 上升，则ΔH = Qp = 0 。
第一章 热力学定律 习题课
10.热力学基本关系式
dU TdS pdV dH TdS Vdp
dA SdT pdV dG SdT Vdp
11.克拉佩龙方程
dT dp
TVm Hm
第一章 热力学定律 习题课
12.克劳修斯—克拉佩龙方程
d ln p dT
Vap H m RT 2
（微分式）
ln
可以这么看，一个思想封闭的人遇到烦恼时就 会焦躁不按或者抑郁忧愁，也就是内心混乱度增 加。但是当这个人向他人敞开心扉获得安慰之后 ，他就会趋于平静。所以，同学们都要学会向他 人倾诉，同他人交流，不要把自己封闭在一个狭 小的世界里。
第一章 热力学定律 习题课 通过熵增原理，理解能源危机
第一章 热力学定律 习题课
是无法确定的。 d) 若经历一个多方过程，则热和功的代数和有定值。 解释：根据Q + W = ΔU = ∫CVdT。
第一章 热力学定律 习题课
第二章 热力学和动力学的应用
这一反应在较低的温度能自发进行，它们的总反应为：
Na2CO3(s)＋SiO2(s) Na2SiO3(s) ＋CO2(g)
△rHθm = 77.99 kJ· mol-1
△rSθm = 149.84 J· K-1· mol-1 △rGθm = 31.64 kJ· mol-1 所以能在相对说来不太高的温度下制造玻璃。
例：Pt(SnCl3)53- 和 Ni(CN)53-五配位的中 间体被光谱检出
离解机理
交互机理
缔合机理
反应机理示意图
(a), (c) 有中间产物存在， (b) 无中间产物
例：由下表的配体交换速率常数lgk判 断取代反应的机理
lgk H2O NH3 5.1 HF 5.7 Phen 5.3
Co２+(aq) 6.0
（２） 缔合机理(Associative), A机理
x + y rate determing slow
中间体, 可检测
x
y
y _x fast
速率方程与进入基团y的浓度有关: r = k [ML5X][Y] (SN2双分子亲核取代)
（３）交换机理（Interchange), I机理 (Ia, Id)
极为完全，产物是P4O10（s）。
3
耦合反应在无机制备中的应用
(1)反应的耦合 按照热力学观点，反应的耦合是指：化学反 应中把一个在任何温度下都不能自发进行的（焓 增、熵减型）反应，或在很高温度下才能自发进 行的（焓增、熵增型）反应，与另一个在任何温 度下都能自发进行的（焓减、熵增型）反应联合 在一起，从而构成一个复合型的自发反应（焓减、 熵增型），或在较高温度下就能自发进行的（焓 增、熵增型）反应。
第二讲 热力学与动力学资料
据均质形核规律，异质形核的形核速率为： Δ T ≈0.2T
I均 ΔT
kBT kBT 1 I k exp[( IA非′ 异 )] k exp[( A )] G G* f ( ) G G *
异 1
Βιβλιοθήκη Baidu
I均
I 非″
(a)
(b)
ΔT
由上式可知： 1） 由于ΔG异*总是小于ΔG*，所以有I异＞I*。如前图 2） 当新相与衬底存在良好共格对应关系时，θ角小，f（θ）也 小，I增大，即在较小的过冷度下也能获得较大的生核速度。 3） 过冷度增大，生核速度迅速增大。 4）当过冷度太大时，原子热运动减弱，生核速度减小，但对金属 一般达不到极大值。
（3）形核基底的形状 （4）形核基底的数量——受过热度及持续时间的影响
θ θ θ
凹面衬底 平面衬底
凸面衬底
图3－10 不同形状界面下的非均匀形核
§3-3
1、起因
凝固过程中的溶质再分配
析出于固相中的溶质含量不同于周围液相内溶质的含量，在固 相和液相中产生成分梯度，引起溶质的扩散，导致溶质再分配 。描述溶质再分配的关键参数为溶质分配系数。为凝固过程中 固一液界面固相侧溶质质量分数Ws与液相中溶质质量分数WL 之比，即 k=wS/wL w C
工业条件下因冷却速度可达103℃／s。液态合金凝固时，固一 液界面两侧大范围内溶质的扩散是不均匀的，但在紧邻固一液 界面的局部范围内，溶质的扩散是充分的，满足平衡凝固条件 ，称近平衡凝固。溶质再分配系数称为近平衡分配系数ke。 （三）非平衡溶质分配系数ka
高中化学了解化学反应的热力学和动力学
高中化学了解化学反应的热力学和动力学高中化学：了解化学反应的热力学和动力学
化学反应是指物质在发生化学变化时，原子之间的键重新排列，从而形成新的化学物质的过程。在我们日常生活中，许多化学反应都可以观察到，比如燃烧、腐败等。而这些化学反应背后隐藏着两个重要的概念，即热力学和动力学。本文将介绍这两个概念的定义和意义，并探讨其在化学反应中的应用。
一、热力学的基本概念
热力学研究的是物质在不同温度下的能量变化和转化规律。在化学反应中，我们常常关注的是反应的放热/吸热过程。放热反应是指在反应过程中释放出能量，使周围温度升高，而吸热反应则是反应过程吸收了能量，导致周围温度下降。热力学能够描述反应所涉及的能量变化和方向的性质。
热力学还研究了反应的焓变和熵变。其中焓变（ΔH）表示反应体系在常压下吸热或放热的变化量。ΔH的正负与反应的放热或吸热性质有关，正值表示放热反应，负值表示吸热反应。而熵变（ΔS）则表示反应体系中混乱程度（或称为无序度）的变化量。ΔS的正负与反应中物质的混合程度有关，正值表示反应使体系趋向于无序，负值表示反应使体系趋向于有序。
热力学还引入了自由能变化（ΔG）的概念，ΔG与ΔH和ΔS之间存在以下关系：ΔG = ΔH - TΔS。其中，T表示温度，ΔG的正负决定了
反应的驱动力和方向。当ΔG < 0时，反应是自发进行的；当ΔG > 0时，反应不会自发进行；当ΔG = 0时，反应达到平衡态。
二、动力学的基本概念
动力学研究的是化学反应的速率和速率规律。化学反应速率是指单
位时间内反应物消耗或生成物生成的量。在同一反应条件下，不同反
冶金热力学及动力学习题和答案1
冶金热力学及动力学第一次作业及答案
一、填空题
1、黑色金属指______________三种金属。铁、铬、锰
2、钢铁冶金一般分为三个工序，即______、_______和___________。炼铁、炼钢、二次精炼
3、对于任一反应，若∆G<0，则反应能________向进行。正
4、对于任一反应，若∆G>0，则反应________向进行。逆
5、对于任一反应，若∆G=0，则反应达到_____________。平衡
6、对于某化学反应，若v=kC A a C B b，则该反应的总级数为________。a+b
7、边界层理论认为，流体在相界面上流动时，出现______边界层、_______边界层和_______边界层。速度，温度，扩散
8、气体在固体表面的吸附分为_________吸附和_________吸附。物理，化学
9、气体在固体表面吸附时，主要被吸附到固体表面的__________。活性点
10、气-固相间的反应动力学模型有__________模型和____________反应模型。未反应核，多孔体积
11、反应产物在均匀相内形核，称为______形核，在异相界面上形核称为______形核。均相，异相
12、气体在金属中是以___________溶解的。单原子
13、工业纯铁的熔点是_______K，化学纯铁的熔点为_______K。1803 ，1811
14、在浓度三角形中，平行于任意一边的平行线上的各物系点，所含对应顶角组分的浓度_____________。相同
15、浓度三角形中有两个物系点M和N组成一个新的物系O，则O点必定落在_____连线上。MN
热力学动力学初步(1)
化学热力学动力学初步
一、选择填空（每题有一个或两个合适的答案，将所选答案的序号填入题前括号内。）( ) 1. 化学反应自发进行的判据是。
A、ΔGθ＜0
B、ΔHθ＜0
C、ΔG＜0
D、ΔG＞0
( ) 2. 已知反应FeO(s) + C(s) → C O(g) + Fe(s) 反应的ΔHθ＞0，ΔSθ＞0。（假设ΔHθ，ΔSθ不随温度改变而变化），下列说法正确的是。
A、低温下为自发过程，高温下为非自发过程。
B、任何温度下均为非自发过程。
C、高温下为自发过程，低温下为非自发过程。
D、任何温度下均为自发过程。( ) 3. 已知反应：2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g) 的ΔGθ=－113.2 kJ·mol－1，则Δf G mθ(NO2,g) = kJ·mol－1。
A、－113.2
B、－56.6
C、－226.4
D、前三个答案都不对
( ) 4. 已知反应在两个不同温度时的ΔGθ值可近似计算出该反应的。
A、ΔG
B、ΔHθ
C、ΔSθ
D、ΔSθ和ΔHθ
( ) 5. 在1L水中溶解36.2克氯化钠，此过程。
A、ΔG＞0，ΔS＞0
B、ΔG＜0，ΔS＜0
C、ΔG＜0，ΔS＞0
D、ΔG＞0，ΔS＜0
( ) 6. 关于熵，下列叙述正确的是。
A、绝对零度时，纯物质的标准熵为零
B、单质的标准熵为零
C、在可逆反应中，随着生成物的增加熵增大
D、在绝热体系中，ΔS＞0的反应总是自发进行的
( ) 7. 对于一个化学反应，下列说法正确的是。
A、ΔSθ越负，反应速率越快。
B、ΔHθ越负，反应速率越快。
C、活化能越大，反应速率越快。
热力学与动力学
Al-Si合金中初晶Si以AlP为 核心
3. 影响因素 （1）过冷度 （2）形核基底的性质
点阵畸变，可用点阵错配度δ 来衡量
CS
C S
2 Lc 2 Lc Tm r Gv L T
* 异
r
* 均
2 CL 2 CLTm Gv L T
“非”均质、非自发
2. 异质形核速率
I θ 1 >θ
* 2
I异 e
I
*
f ( ) T 2
θ 1 >θ 2 S1 > S2
均 0
Δ T 均≈0.2T0 Δ T 非′ Δ T 非″ I 非′ I 非″
2.均匀形核理论
• 液相与固相体积自由能之差--相变的驱动力
• 由于出现了固/液界面而使系统增加了界面能--相 变的阻力
G G均 VGV 4 3 r GV 4r 2 CL 3
当r很小时，第二项起支配作用， 体系自由能总的倾向是增加的，此 时形核过程不能发生；只有当r增 大到一定值r*后，第一项才能起主 导作用，使体系自由能降低，形核 过程才能发生，
r 3 VC (2 3cos cos3 ) 3
ACL 2r (1 cos )
2
ACS r sin
2 2
σ σ
LS
LC
L θ σ r θ
2012硕士《材料热力学与动力学》复习练习题
Question 16
1） 指出各水平线的三相平衡反应 2） w(SiO2)=0.40 的系统(图中 R 点)从 1700C 冷却到 1000C 时的冷却曲线示意图。 注明每一阶段系统有哪些相？发生哪些 变化？指出各阶段的自由度数？ 3） w(SiO2)=0.10 的系统 12 kg，冷却到 1400C 时，液相中含 MnO 多少 kg？ 4） w(SiO2)=0.60 的系统 1500C 以哪些相存在？计算其相对 量。
பைடு நூலகம்
1
Question 8 碳酸盐与水可组成下列几种化合物：Na2CO3· H2O; Na2CO3· 7H2O; Na2CO3· 10H2O; 8.1 试说明标准压力下，与碳酸钠水溶液和冰共存的含水盐最多可有几种？ 8.2 试说明在30 º C时，可与水蒸汽平衡共存的含水盐最多可有几种？ Question 9 试求下述系统的自由度数，如不为零，则指出变量是什么？ 9.1 水与水蒸汽成平衡； 9.2 标准压力下，I2在水中和在CCl4中分配已达平衡，无I2(s)存在； 9.3 标准压力下，NaOH水溶液与H3PO4水溶液混合后； 9.4 标准压力下，H2SO4水溶液与H2SO4· 2H2O(s)已达平衡。 Question 10 图为一定的温度和压力下， A-B 二元体系和相的摩尔 Gibbs 自由能与组元 B 摩尔分数的关系。 （可 以在图上标示说明你的答案） 10.1 平均成分为 X0 体系最稳定的状态是什么? 10.2 假设体系中的相由于某种原因不能形成 (即考虑相不存在)，在这种情况下，平均成分为 X0 体系的平衡状态又是什么?
工程热力学考试总复习总结知识点
0 绪论
熟练掌握： • 能量有效利用的基本途径和方法。 • 热功转换装置的工作原理及其共性。 • 各物理量的单位及国际单位制与公制间换算
正确理解：工程热力学的研究对象、目的、主要内容和方法。
要点：
• 能源概念以及自然界可被人们利用的能量 主要是。。。
• 能量有效利用的基本途径和方法：加热和 作功
• （1）对刚性容器内的水加热，使其恒温下蒸发。 • （2）对刚性容器内的水做功，使其在恒温下蒸发 • （3）对刚性容器中的空气缓慢加热，使其从50度升温到
100度。 解：（1）可以是可逆的，也可以是不可逆的，取决于热源温度
与水温是否相等。如果两者不等，则存在外部的传热不可逆 因数，便是不可逆过程。
– 五方面的应用包括了气体的流动压缩、水蒸汽及其 热力过程、湿空气及空调过程、动力循环和制冷循 环等。
基本内容
• 绪论 • 基本概念 • 热力学第一定律 • 理想气体的性质 • 理想气体的热力过程 • 热力学第二定律 • 实际气体的性质及热力学一般关系式 • 水蒸气 • 气体与蒸气的流动 • 蒸气动力循环装置 • 制冷循环 • 湿蒸气
正确理解
理想气体模型。理想气体内能和焓只是温度 的函数,熵不仅与温度有关，而且与其它参数有 关。分压力和分容积的概念。
第五章
第六章教学大纲要求
熟练掌握
• 范德瓦尔状态方程式。对比状态定律。通 用压缩因子图及其用法
化学反应热力学与动力学分析
化学反应热力学与动力学分析热力学和动力学是化学领域中两个重要的概念，它们分别研究化学
反应的热力学性质和动力学过程。热力学主要关注反应的热效应，包
括反应的焓变和反应的熵变，而动力学则研究反应的速率和反应机制。本文将对化学反应热力学和动力学进行详细分析。
一、热力学分析
热力学是研究物质在不同条件下能量转化和物质转化的学科。在化
学反应中，焓变和熵变起着重要的作用。焓变表示反应过程中吸热或
放热的情况，正值表示吸热，负值表示放热。熵变则表示反应过程中
物质的混乱程度，正值表示混乱增加，负值表示混乱减少。
热力学中有一个重要的定律，即吉布斯自由能变化定律。吉布斯自
由能变化ΔG与焓变ΔH、熵变ΔS之间存在如下关系：ΔG = ΔH - TΔS，其中T为温度。如果ΔG为负值，则反应是自发进行的，反之为非自
发反应，需要外界提供能量。
在热力学分析中，我们可以通过测定反应物和产物的热容量、焓值
等物理量来计算焓变。焓变的大小可以预测反应的放热性质或者吸热
性质。同时，通过测定溶液中的电导率、溶解度等数据，还可以计算
得到熵变。熵变的大小可以预测反应过程中物质的混乱程度的增加或
减少。
二、动力学分析
动力学研究反应速率和反应机理。反应速率是指单位时间内反应物
消失或产物生成的量。反应速率可以通过实验方法得到，并受到反应
物浓度、温度、催化剂等因素的影响。
在动力学分析中，我们可以通过不同浓度下的反应速率实验来确定
反应的速率方程。速率方程可以告诉我们反应物浓度和反应速率之间
的关系。例如，对于一级反应，速率方程可以表示为：rate = k[A]，其
工程热力学历年真题
无机化学复习提纲
3. 化学热力学、动力学
物质结构
一 原子结构及元素周期性
1. 微观粒子的运动特点 量子化、波粒二象性、行为统计性 2. 薛定谔方程——描述微观粒子的运动
3. 波函数（）：是薛定鄂方程的解，是描述核外电子运动状态
的数学表达式； 原子轨道：原子核外电子的最大概率分布情况 概率密度：电子在原子核外空间某处单位体积内出现的概率 电子云：用小黑点疏密代表概率密度分布所得的空间图像 4. 原子轨道、电子云角度分布图的区别
H C 3 O HC3 2O
Ko a2
H C 3 O H2OH2C3O OHKh o2
溶液酸碱性的判定 比较相应的水解常数和解离常数，较大的对应 的反应进行程度较大
• 例：判断NaHCO3溶液的酸碱性 • 分析
HCO3 H CO32 HCO3 H2OH2CO3 OH
Ko a2
Ko h2
Kwo Ko
四大平衡
平衡常数
气相反应
• 分类
注意单位
➢ 经验：Kc 、Kp （ Kp = Kc (RT)Δn）
➢ 标准：用p/pθ、c/cθ表示的平衡常数。{Kθ= Kp(1/pθ)Δn}
（对气相反应只可用p/pθ求Kθ）
• 性质：与T有关，与c、p无关；
正逆反应互为倒数；
随方程式的写法改变而改变；
• 多重平衡规则：平衡常数表达式推导
材料热力学与动力学试题2006-2007-v1-1
2006-2007 年 秋 季学期研究生课程考试试题
考 试 科 目：材料热力学与动力学 学生所在院（系）：材料学院、航天学院 学生所在学科：材料学、材料加工工程 (* 题签与答题纸一起上交)
一、仔细阅读下列论述，判断正误，如果错误，请说明该论述违反了哪些热力学原理，并给出正确的论述。（12分）
1．恒温恒压下，如果两相的吉布斯自由能相等，则两相彼此处于平衡状态。
2. 合金中每一组元的化学位相等。
3．材料的熵永不会降低。
二、（1）请求出吉布斯自由能G 与定压热容Cp 之间的关系式。（6分）
（2）固态纯组元的G-T 曲线如图所示，请判断哪条线正确，并解释原因。(6分)
三、简答题：
（1）请说明化学位和活度的物理意义。（6分）
(2) 简述Calphad 的三要素及其主要功能。（6分）
（3）请解释Onsager 倒易关系、最小熵产生原理 （6分）
四、A-B 两组元形成正规溶体，该溶体的混合焓为:
(1) 判断该溶体的性质 (5分)。
(2) 若A 为溶剂、B 为溶质，请导出亨利(Henry)定律中常数项的表达式。(10分)
(3) 请图示出A-B 溶体中B 组元的活度-成分关系（5分）。
五、（1）用摩尔自由能－成分图说明，为什么碳素钢在淬火之后回火时，渗碳体的粒子越细，其周围的铁素体中的含碳量越高。（6分）
（2）证明分散在α相中的θ相 (A m B n )的溶解度 与θ相粒子的半径r 之间存在以下关系：
（10分）
这里， 是θ相粒子具有平面界面(r=∞)时的平衡溶解度，σ是α/θ界面的能量，V 是θ
相的摩尔体积。并假设α溶体为正规溶体，且 。
材料热力学和动力学答案
Gibbs-Thomson effect:
1.The Gibbs–Thomson Effect, in common physics usage, refers to variations in vapor
pressure or chemical potential across a curved surface or interface. The existence of a positive interfacial energy will increase the energy required to form small particles with high curvature, and these particles will exhibit an increased vapor pressure.
See Ostwald–Freundlich equation.
2.More specifically, the Gibbs–Thomson effect refers to the observation that small crystals
are in equilibrium with their liquid melt at a lower temperature than large crystals. In cases of confined geometry, such as liquids contained within porous media, this leads to a depression in the freezing point / melting point that is inversely proportional to the pore size, as given by the Gibbs–Thomson equation.
热力学与热动力学
热力学与热动力学
热力学和热动力学是研究能量转化和能量传递的重要学科。热力学关注系统中的能量转化规律和能量平衡，而热动力学则关注宏观环境下的物质的力学性质和热力学性质。接下来，本文将对热力学和热动力学进行详细介绍。
一、热力学
热力学是研究宏观系统之间的能量转换和能量平衡的学科。它的主要研究对象包括热、功和能量等。热力学根据系统的性质可以分为孤立系统、封闭系统和开放系统。
1. 孤立系统
孤立系统是与外界没有物质和能量交换的系统。在孤立系统中，能量是守恒的，即能量既不能被创建也不能被消灭。
2. 封闭系统
封闭系统是与外界没有物质交换但存在能量交换的系统。封闭系统的能量也是守恒的，但是物质是不可逆转的。
3. 开放系统
开放系统是与外界既有物质交换又有能量交换的系统。开放系统根据物质和能量交换的方式可以进一步分为定压系统、定温系统和恒定活动系统等。
二、热动力学
热动力学研究物质在宏观环境条件下的热力学性质和力学性质。热
动力学研究的对象包括物质的温度、压力、体积和功率等。
1. 温度
温度是物质热平衡状态下的物理量。热动力学中使用的温度单位是
开尔文，它与摄氏度的转换关系是K = °C + 273.15。
2. 压力
压力是物质在单位面积上所受到的作用力。热动力学中使用的压力
单位是帕斯卡，1帕斯卡等于1牛/平方米。
3. 体积
体积是物质所占据的空间大小，通常用立方米来表示。
4. 功率
功率是单位时间内所做的功。热动力学中使用的功率单位是焦耳/秒，也可以用瓦特来表示。
三、热力学定律
热力学有三大定律，分别为热力学第一定律、热力学第二定律和热
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
判断题：
1.由亚稳相向稳定相转变不需要推动力。⨯
2.压力可以改变材料的结构，导致材料发生相变。√
3.对于凝聚态材料，随着压力升高, 熔点提高。√
4.热力学第三定律指出：在0 K时任何纯物质的熵值等于零。⨯
5.在高温下各种物质显示相同的比热。√
6.溶体的性质主要取决于组元间的相互作用参数。√
7.金属和合金在平衡态下都存在一定数量的空位，因此空位是热力学稳定的缺
陷。√
8.固溶体中原子定向迁移的驱动力是浓度梯度。⨯
9.溶体中析出第二相初期，第二相一般与母相保持非共格以降低应变能。⨯
10.相变过程中如果稳定相的相变驱动力大于亚稳相，一定优先析出。⨯
1.根据理查德规则，所有纯固体物质具有大致相同的熔化熵。
2.合金的任何结构转变都可以通过应力驱动来实现。
3.在马氏体相变中，界面能和应变能构成正相变的阻力，但也是逆相变的驱动
力。
4.在高温下各种纯单质固体显示相同的等容热容。
5.二元溶体的混合熵只和溶体的成分有关，与组元的种类无关。
6.材料相变形核时，过冷度越大，临界核心尺寸越大。
7.二元合金在扩散时，两组元的扩散系数总是相同。
8.焓具有能量单位，但它不是能量，也不遵守能量守恒定律；但是系统的焓变
可由能量表达。
9.对于凝聚态材料，随着压力升高, 熔点提高, BCC－FCC转变温度也升高。
10.由于马氏体相变属于无扩散切变过程，因此应力可以促发形核和相变。
简答题：
1．一般具有同素异构转变的金属从高温冷却至低温时，其转变具有怎样的体积特征？试根据高温和低温下自由能与温度的关系解释此现象。有一种具有同素异构转变的常用金属和一般金属所具有的普遍规律不同，请指出是那种金属？简要解释其原因？（8分）
答：在一定温度下元素的焓和熵随着体积的增加而增大，因此疏排结构的焓和熵大于密排结构。G = H - TS, 低温下，TS项贡献很小，G主要取决于H。而疏排结构的H大于密排结构, 疏排结构的自由能G也大于密排结构。所以低温下密排结构是稳定相。高温下，G主要取决于TS项，而疏排结构的熵大于密排结构，其自由能G则小于密排结构。因此高温下疏排结构是稳定相。几乎所有具有同素异构转变的金属都服从这个规律，真正可以称为例外的，不是什么特别的金属，而是在人类文明史上扮演了最重要作用的金属，Fe。铁是具有磁性的金属，磁性自由能的贡献是使得铁不服从上述规律的重要原因。
2．金属和合金在平衡态下存在一定数量的空位，因此有人说一定数量的空位是金属和合金中的热力学稳定缺陷，此说法是否正确？根据空位数量对自由能及其组成要素（焓和熵）的影响方式，从热力学角度进行简要解释。（8分）
答：当晶体中引入一定数量的空位时，比没有空位时更低一些。这时，空位是热力学稳定缺陷。空位增加时晶体的焓和熵均增大，由于G = H - TS, 因此在某个空位浓度将出现自由能的最小值，此时的空位浓度为平衡浓度。
3．试举出三种二元溶体模型；简要指
出各溶体模型的原子相互作用能I AB
的特征。（6分）根据下图a)中给出
的成分－自由能曲线，在自由能曲线
上指出稳定区，亚稳区和失稳区；并
在图中b)简单汇出可能的溶解度曲
线和失稳分解曲线，并标注出溶解度
曲线和失稳分解曲线。
答：理想溶体模型，规则溶体模型和亚
规则溶体模型。对于理想溶体模型，I AB
＝0；对于规则溶体模型，I AB为不等于0
的常数；对于亚工作溶体模型，I AB为溶
体浓度的函数。
4．试利用给出的a,b两种溶体Gm-X图中化学势的图解示意图，指出两种溶体的扩散特征有什么不同；那一种固溶体中会发生上坡扩散。（7分）
(a) (b)
答：固溶体中原子定向迁移的驱动力是化学势梯度，而不是浓度梯度。左图中的化学势的梯度和浓度梯度方向一致，因此元素沿着浓度方向迁移，不发生上坡扩散；右图中的化学势梯度和浓度梯度的方向不一致，因此表现出和浓度梯度的方向相反的元素迁移，即上坡扩散。
5．向Cu中加入微量的Bi、As合金时所产生的效果完全不同。加入微量的Bi会使Cu显著变脆，而电阻没有显著变化，加入微量的As并不会使Cu变脆，但是能显著提高电阻。试根据右面的相图，从溶解度角度对上述现象加以解释。
（8分）
答：从相图可以看出，Bi在Cu中的溶解度可以忽略，加入微量的Bi会出现纯组元Bi，并分布在晶界，使Cu变脆；As在Cu中有一定的溶解度，添加微量的As 不会有第二相Cu3Au析出，因此不会使得Cu脆化，但是能提高电阻。
6． 将固溶体相和晶界相视为两相平衡状态，如果已知上述两相的自由能－成分曲线，指出：采用什么方法或法则来确定两相的平衡成分？一般来说，两相的平衡溶质成分具有怎样的关系？（5分）
答：采用平行线法则。一般来说，晶界相的自由能曲线高于晶内相的自由能曲线，因此由平行线法则确定的晶界相的平衡浓度高于晶内相的平衡浓度。
7． 简要回答什么是耗散结构以及产生耗散结构的必要条件；举出2个自组织现象的实例。（6分）
答：自然界中自发形成的宏观有序现象，开放系统，远离平衡态，非线性作用，涨落作用。贝纳德对流实验，云街。
8． 在相变形核阶段，体积自由能、界面能以及应变能中哪些是相变的驱动力？哪些是相变的阻力？试解释：在形核阶段，形核的总自由能为正值，为什么核心能形成呢？以马氏体为例，在核心长大阶段的自由能以及界面能和应变能如何变化？（8分）
答：在相变形核阶段，体积自由能是相变的驱动力，界面能和应变能是相变的阻力。在形核阶段，虽然形核的总自由能为正值，但是由于能量起伏，可使得核胚达到临界尺寸以形核。在马氏体核心长大阶段，界面能的贡献逐渐减小，而应变能逐渐增加，相变驱动力增加。
9. 根据过饱和固溶体中析出第二相时的相平衡关系或者Gibbs -Thomson 方程，简要说明第二相粒子粗化过程；从温度对长大速率和对扩散两个方面的影响，简要说明温度对粒子粗化的作用。
答： 设两个半径不等的相邻β相颗粒析出于α相中。根据Gibbs -Thomson 方程可知，α固溶体溶解度与β相的半径 r 有关。
如果析出颗粒为r 时的溶质B 在α相中的溶解度和析出物为无限大时的溶解度相差不是很大，那么， RTr
V C r C B γαα2)()(ln =∞)21()()(RTr
V C r C B γαα+⋅∞≈)exp(0KT Q D D -=)11)(21()(/r r RT V r C D dt dr a B -+∞⋅=γα