材料物理性能部分课后习题8页

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.镍铬丝电阻率300K为1×10-6Ω·m加热到4000K时电阻率增加5%假定在此温度区间内马西森定则成立。试计算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—外斯定律当温度低于TN时它们的原子磁化率随着温度下降而减小当T→0K时磁化率趋于数。

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时磁化率升至最大值再降低温度磁化率又减小。

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