P2.1簡答題

  1. 分別說明玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)分布和費(fèi)米分布的統(tǒng)計(jì)式子汗唱。

    答:

    • 玻爾茲曼分布:P(E)=\frac{1}{kT}e^{-\frac{E}{kT}}

    • 費(fèi)米分布:P(E)=\frac{1}{e^{(E-E_F)/{kT}}+1}

  1. 解釋費(fèi)米能級(jí),說明絕對(duì)零度的時(shí)候能級(jí)分布情況丈攒。

    答:

    • 費(fèi)米能級(jí):絕對(duì)零度時(shí)固體能帶中充滿電子的最高能級(jí)

    • T=0K能級(jí)分布情況:

      E<E_F,P(E)=1,若E>E_F,P(E)=0哩罪。表明能量小于E_F的能級(jí)均被占滿授霸,能量大于E_F的能級(jí)為空。

  1. 說明兩個(gè)刃型位錯(cuò)的交割情況际插。

    答:

    兩個(gè)位錯(cuò)相互交割后碘耳,有可能產(chǎn)生屈折線段,其位向由與其相交的位錯(cuò)的柏氏向量所決定框弛。

    如果此柏氏向量與位錯(cuò)線平行辛辨,則位錯(cuò)保持不變不形成屈折線段。

    屈折線段實(shí)際上是位錯(cuò)段瑟枫,它保持原來位錯(cuò)線的伯氏矢量斗搞。

    屈折位錯(cuò)線段與柏氏矢量確定的滑移面如果不在原來位錯(cuò)的滑移面上,則此屈折線段是穩(wěn)定的慷妙,稱為割階僻焚;如果此滑移面仍在原來位錯(cuò)的滑移面上時(shí),則由于位錯(cuò)線張力的作用膝擂,是不穩(wěn)定的虑啤,此屈折線段就不能稱為割階,往往可以通過位錯(cuò)的滑移而消失架馋。

    兩個(gè)螺型位錯(cuò)相交割形成的割階對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起阻礙作用狞山,因?yàn)槿绻诲e(cuò)繼續(xù)運(yùn)動(dòng),割階必須攀移绩蜻。

  1. 推出菲克(擴(kuò)散)第一定律铣墨,并說明適用條件。

    答:

    • 推出菲克(擴(kuò)散)第一定律:

      假定x軸上的A办绝,B兩平面伊约,溶質(zhì)濃度為C_A,C_B,溶質(zhì)原子的跳動(dòng)距離為a,秒跳動(dòng)頻率為v,原子向擴(kuò)散方向跳動(dòng)的概率為b(不同晶格大小不等)孕蝉。

      因此屡律,每秒從A到B擴(kuò)散的溶質(zhì)原子數(shù)為C_Aavb,從B到A為C_Bavb,相減即為純流動(dòng)的單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的溶質(zhì)原子數(shù):
      J=avb(C_A-C_B)
      兩濃度關(guān)系近似為:
      C_B=C_A+\frac{dC}{dx}a
      所以有:
      J=-D\frac{dC}{dx},D=a^2vb
      此式子即為菲克第一定律降淮,D為擴(kuò)散系數(shù)超埋。

    • 適用條件:在擴(kuò)散過程中各截面濃度不隨之間變化,即\frac{dC}{dt}=0

  1. 舉例說明什么是一級(jí)相變佳鳖,什么是二級(jí)相變霍殴。

    答:

    • 一級(jí)相變:兩相化學(xué)勢(shì)相等,對(duì)溫度系吩,壓強(qiáng)的一階微分不相等来庭。

      一級(jí)相變時(shí)伴隨有能量吸收和釋放,體積變化穿挨。

      如水到冰的轉(zhuǎn)變即為一級(jí)相變月弛。

    • 二級(jí)相變:兩相化學(xué)勢(shì)相等肴盏,對(duì)溫度,壓強(qiáng)的一階微分相等帽衙,二階不相等菜皂。

      二級(jí)相變時(shí)無能量吸收釋放和體積變化,只有熱容量厉萝、熱膨脹系數(shù)恍飘、等溫壓縮系數(shù)等物理量有變化。

      如居里點(diǎn)處鐵磁體轉(zhuǎn)化為順磁體冀泻。

  1. 說明增幅分解常侣,增幅分解是否屬于相變,根據(jù)是什么弹渔?

    答:

    增幅分解是指過飽和固溶體在一定溫度下分解成結(jié)構(gòu)相同胳施、成分不同的兩個(gè)相的過程,因此屬于相變肢专。

  1. 什么是完全位錯(cuò)舞肆,什么是分位錯(cuò)?什么是弗蘭克分位錯(cuò)博杖?

    答:

    • 完全位錯(cuò):柏氏矢量b的大小等于滑移方向上原子間距大小整數(shù)倍

    • 分位錯(cuò):柏氏矢量b的大小小于滑移方向上原子間距

    • 弗蘭克分位錯(cuò):

      插入半層最密排面所形成的不全位錯(cuò)為正弗蘭克分位錯(cuò)椿胯;

      而抽出型層錯(cuò)的不全位錯(cuò)為負(fù)弗蘭克分位錯(cuò)。

  1. 舉例說明上坡擴(kuò)散剃根,說明其本質(zhì)原因哩盲。

    答:

    • 在1050°C下將原始狀態(tài)的Fe-Si-C與Fe-C合金經(jīng)十幾天擴(kuò)散后,C原子從低濃度區(qū)向高濃度區(qū)擴(kuò)散狈醉,這種異常擴(kuò)散即為上坡擴(kuò)散廉油。

    • 上坡擴(kuò)散本質(zhì)是化學(xué)勢(shì)降低的過程,是一種自發(fā)過程

  1. 利用金屬自由電子論解釋:為什么金屬電子對(duì)比熱貢獻(xiàn)小苗傅。

    答:

    常溫下的能量kT<<E_F,這點(diǎn)能量不能使得E_F以下的電子躍遷到E_F以上抒线,僅能影響E_F附近的小部分電子,其對(duì)比熱的貢獻(xiàn)僅極小渣慕。

  1. 什么是能帶嘶炭,導(dǎo)帶,價(jià)帶和禁帶逊桦。

    答:

    • 能帶:晶體內(nèi)部每個(gè)原子的電子都處于特定能級(jí)上眨猎,當(dāng)原子間距不斷減少時(shí),同一能級(jí)的電子云開始重疊强经,能級(jí)發(fā)生分裂形成能帶

    • 導(dǎo)帶:固體結(jié)構(gòu)內(nèi)自由電子所處的能帶

    • 價(jià)帶:已充滿帶腦子的原子能級(jí)所形成的低能帶

    • 禁帶:能帶結(jié)構(gòu)中能態(tài)密度為零的能量區(qū)間

  1. 什么是交滑移宵呛,雙滑移,多滑移夕凝。

    答:

    • 交滑移:出現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)滑移面沿著某個(gè)共同的滑移方向同時(shí)或交替的滑移
    • 雙滑移:在兩組滑移系上同時(shí)或交替地進(jìn)行的滑移
    • 多滑移:在多組滑移系上同時(shí)或交替地進(jìn)行的滑移
  1. 總結(jié)兩個(gè)位錯(cuò)互相交割的規(guī)律宝穗。

    答:

    兩個(gè)位錯(cuò)相互交割后,有可能產(chǎn)生屈折線段码秉,其位向由與其相交的位錯(cuò)的柏氏向量所決定逮矛。

    如果此柏氏向量與位錯(cuò)線平行,則位錯(cuò)保持不變不形成屈折線段转砖。

    屈折線段實(shí)際上是位錯(cuò)段须鼎,它保持原來位錯(cuò)線的伯氏矢量。

    屈折位錯(cuò)線段與柏氏矢量確定的滑移面如果不在原來位錯(cuò)的滑移面上府蔗,則此屈折線段是穩(wěn)定的晋控,稱為割階;如果此滑移面仍在原來位錯(cuò)的滑移面上時(shí)姓赤,則由于位錯(cuò)線張力的作用赡译,是不穩(wěn)定的,此屈折線段就不能稱為割階不铆,往往可以通過位錯(cuò)的滑移而消失蝌焚。

    兩個(gè)螺型位錯(cuò)相交割形成的割階對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起阻礙作用,因?yàn)槿绻诲e(cuò)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)誓斥,割階必須攀移只洒。

  1. 舉例說明上坡擴(kuò)散,反應(yīng)擴(kuò)散劳坑,短路擴(kuò)散毕谴。

    答:

    • 上坡擴(kuò)散:1050°C下將原始狀態(tài)的Fe-Si-C與Fe-C合金經(jīng)十幾天擴(kuò)散后,C原子從低濃度區(qū)向高濃度區(qū)擴(kuò)散距芬,這種異常擴(kuò)散即為上坡擴(kuò)散涝开。
    • 反應(yīng)擴(kuò)散:通過擴(kuò)散使固溶體內(nèi)的溶質(zhì)組員超過固溶極限而形成新相的過程。
    • 短路擴(kuò)散:700°C時(shí)蔑穴,鋅在晶粒大小為0.13nm的多晶樣品中比在單晶中的擴(kuò)散速度增加40倍忠寻。這種在晶體表面、晶界存和、位錯(cuò)處的擴(kuò)散為短路擴(kuò)散奕剃。
  1. 簡述馬氏體形成的動(dòng)力學(xué)有哪幾種情況。

    答:

    • 變溫轉(zhuǎn)變:變溫瞬時(shí)形核捐腿,瞬時(shí)長大
    • 等溫轉(zhuǎn)變:等溫形核纵朋,瞬時(shí)長大
    • 爆發(fā)時(shí)轉(zhuǎn)變
    • 表面轉(zhuǎn)變
  1. 擴(kuò)散第一定律,擴(kuò)散第二定律適用條件各是什么?并推導(dǎo)擴(kuò)散第二定律茄袖。

    答:

    • 擴(kuò)散第一定律適用條件:擴(kuò)散過程中各截面濃度不隨時(shí)間變化操软,即\frac{dC}{dt}=0

    • 擴(kuò)散第二定律適用條件:擴(kuò)散過程中擴(kuò)散流量隨時(shí)間位置變化

    • 第二定律推導(dǎo)過程:

      假定x軸上兩點(diǎn)相距dx,溶質(zhì)濃度隨時(shí)間的變化率為\frac{\partial C}{\partial t}宪祥,則有
      J_x-J_{x+dx}=-\frac{\partial C}{\partial t}\cdot dx
      由菲克第一定律:
      J_x=-D\frac{\partial C}{\partial x},J_{x+dx}=J_x+\frac{\partial J_x}{\partial x}\cdot dx
      可得:
      -\frac{\partial C}{\partial t}\cdot dx=-\frac{\partial J_x}{\partial x}\cdot dx=D{\frac{\partial^2 C}{\partial^2 x}\cdot}{} dx
      所以有:
      \frac{\partial C}{\partial t}\cdot =-D{\frac{\partial^2 C}{\partial^2 x}}
      此即為菲克第二定律聂薪。

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