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材料科学
题目

________________________:温度、应力(环境因素)________________________________(a)一般规律:金属电阻率随温度的升高而增大,温度对有效电子数(nef)和电子平均速度几乎没有影响,因为在熔点以下其费米能和费米分布受温度的影响很小,但温度升高,会使离子振动加剧,热振动幅度加大,原子无序度增加,周期性势场的涨落加大,从而使电子运动的自由程减小,散射几率增大而导致电阻率增大。(b)过渡族金属与多晶型转变S层电子排满、d层电子未满,传导电子可能由S层电子向d层电子过渡,其电阻可以认为是由一系列具有不同温度关系的成分叠加而成(ρ∝Tn, n为2~5.3)(c)铁磁金属与磁性转变在居里点附近时,铁磁金属的电阻率随温度的变化偏离线性关系:反常降低量Δρ=αMs2。原因:铁磁性金属内d层与外层s壳层电子云交互作用引起。(d)熔化大多数金属熔化成液态时,电阻会突然增大约1~2倍,这是由于原子长程有序排列遭到破坏,从而加强了对电子的散射所引起,但Bi、Sb、Ga等在熔化时电阻率反而下降,这是由于该类元素在固态时为层状结构,具有小的配位数,主要为共价键型晶体结构,在熔化时共价键被破坏,转以金属键为主,故电阻率下降(可见书p39:图2.4)。________________________________在弹性范围内的单向拉应力,使原子间距离增大,点阵动畸变增大,由此导致金属电阻率增大;在压应力作用下,使原子间距变小,点阵动畸变减小,传导电子和声子之间相互作用变化,电子结构以及电子间相互作用发生改变,金属的费米面和能带结构发生变化,由此导致金属电阻率下降。αT为________,αT >0,σ为拉应力。

________________________:温度、应力(环境因素)________________________________(a)一般规律:金属电阻率随温度的升高而增大,温度对有效电子数(nef)和电子平均速度几乎没有影响,因为在熔点以下其费米能和费米分布受温度的影响很小,但温度升高,会使离子振动加剧,热振动幅度加大,原子无序度增加,周期性势场的涨落加大,从而使电子运动的自由程减小,散射几率增大而导致电阻率增大。(b)过渡族金属与多晶型转变S层电子排满、d层电子未满,传导电子可能由S层电子向d层电子过渡,其电阻可以认为是由一系列具有不同温度关系的成分叠加而成(ρ∝Tn, n为2~5.3)(c)铁磁金属与磁性转变在居里点附近时,铁磁金属的电阻率随温度的变化偏离线性关系:反常降低量Δρ=αMs2。原因:铁磁性金属内d层与外层s壳层电子云交互作用引起。(d)熔化大多数金属熔化成液态时,电阻会突然增大约1~2倍,这是由于原子长程有序排列遭到破坏,从而加强了对电子的散射所引起,但Bi、Sb、Ga等在熔化时电阻率反而下降,这是由于该类元素在固态时为层状结构,具有小的配位数,主要为共价键型晶体结构,在熔化时共价键被破坏,转以金属键为主,故电阻率下降(可见书p39:图2.4)。________________________________在弹性范围内的单向拉应力,使原子间距离增大,点阵动畸变增大,由此导致金属电阻率增大;在压应力作用下,使原子间距变小,点阵动畸变减小,传导电子和声子之间相互作用变化,电子结构以及电子间相互作用发生改变,金属的费米面和能带结构发生变化,由此导致金属电阻率下降。αT为________,αT >0,σ为拉应力。

题目解答

答案

1 、 外界条件 ( A ) 、温度 ( B ) 、应力 应力系数

解析

本题考查金属电阻率受环境因素的影响及其物理机制。核心在于理解温度和应力如何改变金属的导电性能:

  1. 温度通过影响原子热振动,改变电子散射概率,从而影响电阻率;
  2. 应力通过改变晶格结构的动态畸变,影响电子与晶格的相互作用;
  3. 拉应力使原子间距增大,动畸变增强,导致电阻率增大,对应应力系数αT为正。

温度的影响

金属电阻率随温度升高而增大,主要机制:

  1. 离子振动加剧:温度升高使原子热振动幅度增大;
  2. 散射概率增加:晶格周期性涨落增强,电子运动自由程减小;
  3. 特殊金属行为:如铁磁金属在居里点附近电阻率异常变化,或某些金属熔化时电阻率反常下降。

应力的影响

  1. 拉应力(σ为拉应力):使原子间距增大,晶格动畸变增强,电子散射概率增加,电阻率增大;
  2. 压应力:原子间距减小,动畸变减弱,电阻率下降;
  3. 应力系数αT:描述单位应力引起的电阻率变化,αT > 0表明拉应力使电阻率增大。

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