材物性能思考题.doc

热容C: 在没有相变和化学反应的条件下，材料温度升高1K时所吸收的热量

1、 Cp与Cv哪个大，为什么？
对于固体材料，低温时有CP ≈ CV，高温时二者差别就大了。定压加热时，物体除升温外，还会对外做功，所以温度每提高1K需要吸收更多的能量，即CP > CV。

2、 晶格热容的爱因斯坦模型采用了什么简化假设？该模型的成功与不足之处及其原因 ？
假设：晶体中所有原子都以相同的角频率wE振动且各个振动相互独立
成功：T→0时CV→0，这与实验一致。
不足：在T→0时该式按指数快速下降，实验结果却缓慢得多。
原因：爱因斯坦模型把具有频率差别的振动过于简化地认为具有相同的角频率wwE，而忽略了低温时低频振动对总能量的贡献 。

3、 晶格热容的德拜模型采用了什么简化假设？该模型的成功与不足之处及其原因 ？
假设：晶体是各向同性的连续介质,晶格振动具有从0至ωmax的频率分布
成功：低温时 CV与T3成正比，这与绝缘材料的实验结果相符
不足：一般温度下，电子热容比离子振动的热容小得多，所以只考虑后者就足够了。但在温度很高和很低的情况下，自由电子对热容的贡献不可忽视。
德拜模型下德拜温度与T和材料特性无关，实际上德拜模型如需要在任何温度下与实际吻合，要求德拜温度是温度的函数，而且与材料性质相关，由德拜模型确立的频率分布函数与实际的频率分布函数存在较大的差异

4、 在极低温度和极高温下，金属材料的热容和半导体或者绝缘体材料的热容有区别吗？原因是什么？
金属材料：在温度很高和很低的情况下，自由电子和离子振动对热容的贡献都要考虑。
无机非金属材料(与Debye热容理论相符): 低温时CV ∝ T3，高温时CV ≈ 25 J/ K·mol ，无机材料的热容与材料的结构关系不大。

5、 什么是一级相变和二级相变，它们分别对热容有什么影响？
一级相变：相变在某一温度点上完成，除体积突变外，还同时吸收和放出潜热的相变。金属的三态转变、同素异构转变、合金的共晶和包晶转变及固态的共析转变等都是一级相变。
由于有相变潜热，故在转变温度有焓的突变，并使热容成为无限大。
二级相变：没有熵和体积的突变。由于这类相变没有相变潜热，所以焓无突变，而是在靠近转变点的狭窄温度区间内，焓有明显的增大，并导致热容的急剧增大。当达到转变点时，热容达到有限极大值。

6、 晶体材料具有热膨胀现象的物理机制是什么？
材料热膨胀的本质，在于晶格点阵实际上在作非简谐振动，晶格振动中相邻质点间的作用力实际上是非线性的，位能曲线也是非对称的。

7、格律乃森定律的内容及原因。
8、晶格结构对材料的热膨胀性质有和影响及其原因。
9、材料的稳定传热和非稳定传热有何不同？
10、声子热传导的物理机制是什么？
11、影响声子平均自由程的因素有哪些，分别与温度有什么关系？
12、Wiedeman-Franz说明了什么问题？有何实际应用？
13、无机非金属材料的热导率随温度有何变化规律？原因何在？
14、晶体和非晶体热导率随温度变化规律的差别何在，为什么？
15、将下列物质按热导率大小排序，并说明理由：
Ni-Cr合金、铬、石英玻璃、石英
16、热应力是如何产生的？并分析陶瓷薄板受到热冲击时的热应力情况。
17、是什么原因导致一般金属材料的热稳定性较陶瓷材料好得多？热冲击损伤因子与材料的弹性模量E成正比，而与材料强度sf成反比，这与热冲击断裂因子的情形恰恰相反，原因何在？

磁学
1、有关磁介质的磁化理论，存在哪些观点？它们的主要内容分别是什么？

2、磁矩在磁场作用下，只要没有其它阻力，必定转到磁场方向，为什么？
力矩有让电流转到其磁矩方向与外磁场同向的位置上。这个位置上受到的力矩为零，是稳定平衡的位置。

3、什么是退磁场？在实际应用中为什么要考虑退磁场的影响？
有限几何尺寸的磁体，在外磁场H中被磁化时，在它两端出现的自由磁极将产生一个与磁化强度方向相反的磁场Hd，起着减退磁化的作用，故称为退磁场。
退磁场Hd的大小与磁体的形状及磁极的强度有关。

4、磁性有哪些分类？它们是如何划分的？各具有什么特点？
根据磁体磁化率的大小和符号把磁性分为五类：
抗磁性 ：感生磁化强度与原H方向相反，其磁化率хd不但小于零，而且绝对数值很小， 约10-4到10-6数量级。хd 的性质与磁场、温度无关。
顺磁性 ：感生磁化强度与磁化磁场H同方向,其磁化率хp > 0, 但数值很小，仅显示微弱的磁性。顺磁物质的хp与温度T有密切关系。
铁磁性：在很小的磁场作用下就能被磁化到饱和。不但хf >0,而且数值大到10~106数量级，其磁化强度M与磁场强度H之间的关系是非线性的复杂函数关系。反复磁化时出现磁滞现象，物质内部的原子磁矩是按区域自发平行取向的。
反铁磁性 ：当温度达到某个临界值TN(奈耳温度) 以上，其磁化率与温度的关系与正常顺磁物质的相似，服从居里-外斯定律，其磁化率хaf > 0。
亚铁磁性：宏观磁性与铁磁性相同，仅是磁化率的数量级稍低一些，约为10~103数量级。
其内部结构却与反铁磁性的相同，但反排的磁矩不等量。

5、示意绘出铁磁物质的磁化曲线和磁滞回线（要求标出相应的参量），并对其曲线及参量进行讨论。

6、对于铁族元素的离子磁矩和原子磁矩，实验测定值和由洪德规则所计算的值相差很大，为什么？

7、试解释3d过渡金属及其合金原子磁矩表现为分数个电子磁矩的事实。

8、什么叫自发磁化？铁磁体形成的条件是什么？有人说“铁磁体金属没有抗磁性”，对吗？为什么 ？

9、试解释分子场的来源，并阐明居里温度的本质。

10、什么是磁晶各向异性？并解释其产生机理。

11、铁磁体中为什么会形成磁畴？磁畴壁中的原子磁矩如何排列？稳定磁畴壁的厚度由哪些因素决定？

12、对Fe3O4而言，只考虑自旋磁矩Fe2+--4mB，Fe3+--5mB。若按铁磁看，每个分子对饱和磁矩应贡献14mB，但实验测量值约为4mB，为什么？

光学
思考题
1. 利用反射系数与折射率的关系说明增加透射的途径。

2. 什么叫光的吸收，为什么在可见光范围内金属、半导体和绝缘体材料的吸收系数会存在差别？

3. 什么是材料的透光率，并说明它与哪些因素有关？

4. 半导体的光吸收主要过程有哪些？解释说明Ge和GaAs吸收光谱的不同(见教材图5－7)。

5. 为什么不同时间观测的太阳颜色可能不同？

6. 试述Raman光谱和红外吸收光谱有何区别和联系？

7. 什么叫发光，试述发光峰揭示的物理本质是什么？

8. 试解释激子的概念，并说明激子复合的类型及特点。

*9.说明材料发光的两种途径？产生激光的条件是什么？

*10.试述太阳能电池的工作原理。

电学
1、 什么是载流子？指出金属、半导体中的载流子是什么？影响导电率因素有那些
载流子是材料中参与传导电流的带电粒子，包括电子、空穴和正、负离子等。
•金属载流子－电子
•半导体载流子－电子、空穴
影响电导率主要因素：载流子浓度和迁移率

2、如何解释金属电阻率与温度的关系？

3、利用能带理论论述导体、半导体、绝缘体导电性区别。

4*、根据碱金属和碱土金属的能带结构特点，说明导电性原因。