弹性模量何谓材料的弹性?弹性模量的物理意义是什么?哪些因素影响材料的弹性模量?材料的静态弹性模量和动态弹性模量有何差异?1)给材料施加外力,材料会发生变形,外力去除后材料能恢复原状的性质称为材料的弹性。2)E的物理意义:宏观上E代表材料对弹性正应变的抗力;微观上E表征原子间的结合力。3)影响因素(1)________:原子结构不同,价电子层和能带结构不同,直接影响原子间相互作用势能;再加上晶体结构不同,原子间距和近邻原子数都不同,也对原子的相互作用势能和恢复力系数β有影响。E 对晶体结构十分敏感。(2)________:温度通过热膨胀或热振动,影响原子间距,进而影响弹性模量;另外,温度还能显著降低原子位移的阻力。(3)________:对于介电质和铁磁质,电场、磁场能分别引起电致伸缩、磁致伸缩,再加上热膨胀、外力等因素的复合作用,也会影响弹性模量。(4)变形速率和弛豫时间:由于应变在微观上常与原子迁移、位错运动、晶界滑移等机制相关,而这些微观运动是需要时间来完成的,因此,宏观上的变形速率、弛豫时间等因素也能影响E。4)________:由材料的单向拉伸实验和应力、应变曲线获得的弹性模量。________:由共振频率法和超声法测得的弹性模量。静态模量大多低于动态模量,这是因为静态测试弹性模量:(1)测试时的应变速率太低,过程中容易产生应变弛豫现象;(2)测试时应力太大,很难保证微观上不发生塑性变形。
弹性模量何谓材料的弹性?弹性模量的物理意义是什么?哪些因素影响材料的弹性模量?材料的静态弹性模量和动态弹性模量有何差异?
1)给材料施加外力,材料会发生变形,外力去除后材料能恢复原状的性质称为材料的弹性。
2)E的物理意义:宏观上E代表材料对弹性正应变的抗力;微观上E表征原子间的结合力。
3)影响因素
(1)________:原子结构不同,价电子层和能带结构不同,直接影响原子间相互作用势能;再加上晶体结构不同,原子间距和近邻原子数都不同,也对原子的相互作用势能和恢复力系数β有影响。E 对晶体结构十分敏感。
(2)________:温度通过热膨胀或热振动,影响原子间距,进而影响弹性模量;另外,温度还能显著降低原子位移的阻力。
(3)________:对于介电质和铁磁质,电场、磁场能分别引起电致伸缩、磁致伸缩,再加上热膨胀、外力等因素的复合作用,也会影响弹性模量。
(4)变形速率和弛豫时间:由于应变在微观上常与原子迁移、位错运动、晶界滑移等机制相关,而这些微观运动是需要时间来完成的,因此,宏观上的变形速率、弛豫时间等因素也能影响E。
4)________:由材料的单向拉伸实验和应力、应变曲线获得的弹性模量。
________:由共振频率法和超声法测得的弹性模量。
静态模量大多低于动态模量,这是因为静态测试弹性模量:
(1)测试时的应变速率太低,过程中容易产生应变弛豫现象;
(2)测试时应力太大,很难保证微观上不发生塑性变形。
题目解答
答案
原子结构和晶体结构 温度 电、磁场 静态弹性模量 动态弹性模量
解析
本题考查弹性模量的核心概念及其相关知识点,需掌握以下内容:
- 材料弹性的定义:外力作用下材料发生变形,外力去除后能完全恢复原状的性质。
- 弹性模量(E)的物理意义:从宏观和微观角度理解材料抵抗弹性形变的能力。
- 弹性模量的影响因素:需结合材料的原子结构、晶体结构、温度、电/磁场等角度分析。
- 静态弹性模量与动态弹性模量的差异:通过测试方法(单向拉伸实验 vs. 共振频率法/超声法)及结果差异理解两者的区别。
(1)弹性模量的定义
材料在外力作用下发生弹性形变时,弹性模量(E)描述了材料抵抗弹性正应变的能力。其物理意义可从宏观和微观两方面理解:
- 宏观:材料在外力作用下产生弹性形变时的刚性大小。
- 微观:原子间结合力的强弱,结合力越强,弹性模量越大。
(2)弹性模量的影响因素
- 原子结构和晶体结构
- 原子结构决定价电子层和能带结构,影响原子间作用势能。
- 晶体结构决定原子间距和近邻原子数,直接影响弹性模量。
- 温度
- 温度升高导致热膨胀,改变原子间距。
- 高温下原子热振动增强,降低原子间结合力。
- 电、磁场
- 电场引起电致伸缩,磁场引起磁致伸缩,改变材料尺寸,从而影响弹性模量。
(3)静态弹性模量与动态弹性模量
- 静态弹性模量:通过单向拉伸实验(应力-应变曲线)测得,测试速率低易产生应变弛豫,且高应力可能导致局部塑性变形,故值较低。
- 动态弹性模量:通过共振频率法或超声法测得,测试速度快,避免弛豫和塑性变形,故值较高。