材料科学与工程导论课后习题答案(4)

2018-09-25 22:34

磁化率,表征磁介质属性的物理量。常用符号cm表示,等于磁化强度M与磁场强度H之比。

磁导率 英文名称:magnetic permeability 表征磁介质磁性的物理量。表示在空间或在磁芯空间中的线圈流过电流后、产生磁通的阻力、或者是其在磁场中导通磁力线的能力、其公式μ=B/H 、其中H=磁场强度、B=磁感应强度,常用符号μ表示,μ为介质的磁导率,或称绝对磁导率。

磁化强度:定义为媒质微小体元ΔV内的全部分子磁矩矢量和与ΔV 之比。

抗磁性(diamagnetism)是指一种弱磁性。组成物质的原子中,运动的电子在磁场中受电磁感应而表现出的属性。外加磁场使电子轨道动量矩绕磁场进动,产生与磁场方向相反的附加磁矩,故磁化率k抗为很小的负值(10-5—10-6量级)。因此,所有物质都具有抗磁性。 顺磁性(paramagnetism)是指材料对磁场响应很弱的磁性。如用磁化率 k=M/H 来表示(M和H分别为磁化强度和磁场强度),从这个关系来看,磁化率k是正的,即磁化强度的方向与磁场强度的相同,数值为10-6—10-3量级。 铁磁性,是指物质中相邻原子或离子的磁矩由于它们的相互作用而在某些区域中大致按同一方向排列,当所施加的磁场强度增大时,这些区域的合磁矩定向排列程度会随之增加到某一极限值的现象。

软磁材料的定义:当磁化发生在Hc不大于100A/m,这样的材料称为软磁体。典型的软磁材料,可以用最小的外磁场实现最大的磁化强度。 磁性材料按照磁化后去磁的难易程度,可分为软磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁材料,不容易去磁的物质叫硬磁材料。一般来讲软磁性材料剩磁较小,硬磁性材料剩磁较大。

热容的标准定义是:“当一系统由于加给一微小的热量δQ而温度升高dT时,δQ/dT 这个量即是该系统的热容。”(GB3102.4-93),通常以符号C表示,单位J/K。

热导率是指当温度垂直向下梯度为1℃/m时,单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量。

线膨胀系数:物理名词,有时也称为线弹性系数(linear expansivity),表示材料膨胀或收缩的程度。

化学腐蚀:金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗的过程。

电化学腐蚀就是金属和电解质组成两个电极,组成腐蚀原电池。

氧化(oxidation): 狭义地,氧元素与其他的物质元素发生的化学反应,称其为氧化,也是一种重要的化工单元过程。广义的氧化,指物质失电子(氧化数升高)的过程。

第四章 材料的原子结构和原子结合键

1.材料结构的具体涵义是什么?他们与性能的关系如何? 从材料学角度,材料结构从宏观到微观,即按研究的尺度大致可分为四个层次—宏观组织结构、显微组织结构、原子(分子)排列结构和原子中的电子结构。 材料的性能由其内部结构决定;原子中的电子状态和运动规律与固体材料的结构和性质有密切的联系,而原子间相互作用和聚集状态则进一步决定着材料的行为与性能。

2.从原子外层电子相互作用角度,说明各种结合键的具体特征。

P82 离子键:金属原子失去最外层电子给卤族原子,这样形成一个正离子和一个负离子,异种离子互相吸引离子键就是这种库伦引力,然而异种离子相吸导致的靠近并不能无限持续下去,靠近到一定程度,会由于电子轨道重叠引起的斥力达到一个平衡。由于离子电荷引起的力并不限制在一个方向上,故离子键不具有方向性,即键的大小在环绕离子的所有方向上相等,进而导致离子键材料很稳定,具有高度的对称性。又由于离子键的稳定,其材料熔点高,硬度高,脆性大和膨胀系数小,一般情况下,离子晶体没有自由电子,故为电和热的绝缘体。

共价键结合的相邻原子共同占有其部分价电子,使每个原子的最外层电子处于满壳层状态,将相邻原子结合起来,这种结合键称为共价键。

由于两个自旋方向相反的电子结合可使它们的自旋能量之和为零,达到稳定状态,于是已成对的电子不能再与其他原子中的电子结合成对,即共价结合的原子所能形成键的数目有一最大值,故共价键具有饱和性。 共价键是借共享电子结合的,按量子力学观点,共价键的形成是靠相邻原子外层未满壳层电子云的重叠,重叠越多,所形成的共价键就越稳定,故电子云重叠的方向是确定的,故有方向性。

固态(或液态)金属中外壳层电子的能量最高,而且最外层电子一般为1~2个或最多3个,由于原子间的相互作用,这些电子倾向于离开自身原子成为公有化的自由电子。这时价电子不再与任何一个特定的原子有特殊的关系,而是在金属正离子之间自由地运动,成为与若干离子实相关的电子,从而把金属原子结合起来,这就是金属键。金属键没有饱和性和明显的方向性。由于价电子可以随意运动,所以金属键材料有良好的导电导热性能;还由于各种金属键的结合能相差很大,故各种金属的强度、熔点相差很大。

范德瓦尔斯键和氢键:非常微弱,只有在很低的温度,才会液化和凝固

3.原子间有哪两种相互作用?材料为何具有一定的体积? 吸引力和排斥力p78

4.说明三大类材料的键性及与其性质的关系。(理解 p85) 金属:金属键 高的热传导系数和电导率 是因为有些电子是非局域的、并可在三维方向移动,因此它们能够很快地输运电荷和热能。

不透明,易抛光出光泽,是由这些非局域电子对光频电磁振动的响应而引起的,这也是某些电子部分地独立于母体原子的另一结果

塑性好是因为金属键每一个正离子都是等同的,这样在某一局部地区,一群正离子在破坏了它们的键合后滑移到一个新的位置上,又可重新键合起来。

陶瓷:离子键 离子键结合能大,材料硬脆;根据组成元素的自然倾向,金属元素放出外层电子给非金属原子,并保留在其中,这就是绝缘体,又是良好的热绝缘体;金属正离子与非金属负离子之间产生了强的吸引力。每个正离子被负离子所包围,反过来也一样,为了使正负离子分离,通常需要相当大的能量,因此陶瓷材料能抗机械力、抗热和抗化学作用。 共价键键性很强,若要使电子运动及产生电流,必须破坏共价键,这就需要施加高温或高电压,因此共价键材料的力学行为是脆性的,其电学行为如同绝缘体而不是导体

高分子材料

塑料的导电性和导热性很有限,这是因为全部热能必须依靠原子振动从热区传到冷区,这比金属中发生的自由电子传导能量的过程要缓慢得多;能够承受变形是因为,虽然主链内具有脆性的共价键,但是链与链的结合则是很弱范的德瓦尔斯键,只要分子键彼此滑动时,范德瓦尔斯键逐步发生局部破裂,所以就可以产生很大的变形;不耐热是因为一定程度的热扰乱虽不会损伤链内的共价键,却对分子链间的范德瓦尔斯键造成破坏。

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