Головна

Контрольна робота №5

  1. II. Робота з геометричним матеріалом.
  2. II. Робота з геометричним матеріалом.
  3. II. Робота з одновимірним і двовимірним масивами
  4. II. Робота з текстовим (символьним) файлом.
  5. III. Робота з геометричним матеріалом.
  6. III. Робота з геометричним матеріалом.

ТЕОРЕТИЧНІ ПИТАННЯ

5.1. кристалографія. Кристалічні і аморфні тіла. Типи хімічного зв'язку в твердих тілах. Будова кристалів. Кристалічна решітка. Елементарна комірка. Параметри кристалічної решітки. Грати Браве. Елементи симетрії кристалів: центр симетрії, площина симетрії, осі симетрії.

5.2. Макро-, мікро- і наноструктура матеріалів і методи їх дослідження. Макро-, мікро- і наноструктура матеріалів і їх характеристики. Оптична мікроскопія. Будова мікроскопа і хід променів в ньому. Збільшення. Електронна мікроскопія. Спектральний аналіз. Рентгеноструктурний аналіз. Ультразвукова дефектоскопія. Нанокристали. Нанотехнології.

5.3. Явище перенесення в твердих тілах. Точкові дефекти в кристалах. Вакансії. Впровадження. Атоми заміщення. Дифузія в кристалах. Самодифузія. Феноменологічна теорії дифузії. Рівняння Фіка для дифузії в кристалах. Приклади: дифузія з бесконечнотонкого шару і з шару кінцевої товщини.

5.4. Міцність твердих тіл. Межа міцності. Запас міцності. Дислокації в кристалах. Дислокаційна теорія міцності. Зміцнення кристалів. Шляхи підвищення міцності твердих тіл: крихкість, пружність, пластичність, твердість і ін. Методи вивчення механічних властивостей. Закон Гука.

5.5. Пружні властивості твердих тіл.Фізична природа пружних властивостей. Закон Гука. Пружна лінійна поздовжня деформація. Енергія пружно деформованого тіла. Поздовжня і поперечна деформації. Коефіцієнт Пуассона. Крихкість.

5.6. Пружна деформація зсуву. Закон Гука для пружної деформації зсуву. Тангенціальна напруга. Модуль зсуву. Потенційна енергія пружної деформації зсуву твердих тіл. Зв'язок між модулем зсуву і модулем пружності.

5.7. Всебічна деформація твердого тіла. Закон Гука для всебічної деформації твердого тіла. Модуль всебічного стиску. Зв'язок між модулем всебічного стиснення з модулем пружності. Згинальна пружна деформація тел.

5.8. Пружна деформація кручення. Закон Гука для пружної деформації кручення (виведення формули). Модуль крутіння. Зв'язок модуля кручення з модулем зсуву.

5.9. твердість. Ударна в'язкість. Твердість. Методи визначення твердості. Метод Бріннелю. Метод Віккерса. Метод Роквелла. Ударна в'язкість. Маятниковий копер.

5.10. Пластична деформація твердих тіл. Діаграма розтягування. Межа міцності. Межа плинності. Межа пружності. Межа пропорційності. Петля гістерезису при деформації твердих тіл. Коерцитивна сила. Фізична природа пластичної деформації.

5.11. Теплоємність твердих тіл. Коливання атом кристала. Спектр нормальних коливань решітки кристала. Температура Дебая. Квантовий осцилятор. Фонони. Функція розподілу Бозе-Ейнштейна для фононів. Теплоємність твердих тіл. Закон Дюлонга-Пті. Теплоємність електронного газу в металах.

5.12. Теплове розширення твердих тіл. Лінійне і об'ємне теплове розширення. Фізична природа теплового розширення твердих тіл. Коефіцієнт лінійного розширення. Зв'язок теплових і механічних властивостей твердих тіл. Зв'язок між коефіцієнтами лінійного теплового розширення з питомою теплоємністю і коефіцієнтом стиснення. Формула Грюнайзена.

5.13. Теплопровідність твердих тіл. Феноменологічна теорія теплопровідності. Рівняння теплопровідності твердих тіл. Рівняння Фур'є і приклади їх вирішення.

5.14. Фізична природа теплопровідності твердих тіл. Макроскопічна теорія теплопровідності твердих тіл. Коефіцієнт теплопровідності. Фізична природа теплопровідності діелектриків. Фізична природа теплопровідності металів. Закон Видемана-Франца.

5.15. Елементи зонної теорії твердих тіл. Енергетичні зони кристала. Заповнення енергетичних зон електронами: провідники, напівпровідники, діелектрики. Розподіл квантових станів електронів усередині енергетичної зони.

5.16. Електропровідність металів. Класична теорія електропровідності в металах. Квантова статистика електронів в металі. Статистика Фермі-Дірака. Рівень Фермі. Енергія Фермі. Вироджений електронний газ.

5.17. Напівпровідники. Власна електронна і діркова провідність напівпровідників. Носії електричного заряду в напівпровідниках. Електрони і дірки. Визначення концентрації і рухливості вільних носіїв заряду в напівпровідниках. Ефект Холла. Енергетичні зони в напівпровідниках. Залежність електропровідності напівпровідників від температури.

5.18. Домішкових провідність напівпровідників. Рівноважні концентрації вільних носіїв заряду в напівпровіднику. провідність р- и п типу. Донори і акцептори. Донорная і домішкова провідність напівпровідників. Оптичні квантові генератори. Лазери.

5.19. контактні явища. Контакт двох металів. Контактна різниця потенціалів. Контакт металу з напівпровідником. Вплив контактного поля на енергетичні рівні кристалів. р-п - перехід. Напівпровідниковий діод. Ефекти Зеебека, Пельтьє, Томсона. Термопари. Терморезистор.

5.20. діелектрики. Електричне поле диполя. Електричний диполь у зовнішньому електричному полі. Поляризація діелектрика. Електричне зміщення. Теорема Гаусса. Діелектричні проникність і сприйнятливість. Сегнетоелектрики. Домени. Петля гістерезису. Точка Кюрі.

5.21. Магнітні властивості твердих тіл. Магнітне поле в магнетиках. Магнітні властивості в атомах. Магнітна проникність і сприйнятливість. Індукція магнітного поля в речовині. Природа діамагнетизму і парамагнетизм. Феромагнетизм. Намагнічення феромагнетика. Петля гістерезису. Коерцитивна сила. Домени. Точка Кюрі. Антиферомагнетики. Ферити.

5.22. Фізика малих частинок. Структура малих частинок. Властивості малих частинок. Розмірні ефекти. Коагуляція. Спікання. Фізичні основи спікання. Властивості порошкових твердих тіл. Пористість. Щільність порошкових тіл. Тонкі плівки.

5.23. Фізика полімерів. Високомолекулярні і низькомолекулярні органічні речовини. Полімери. Класифікація полімерів. Фізика макромолекул. Будова полімерів. Полімеризація. Фазові перетворення в полімерах. Фізичні властивості полімерів. Механічні властивості полімерів. Модель Максвелла. Модель Кельвіна-Фогта.

5.24. Фізика рідких кристалів. Рідкокристалічний стан речовини. Термотропниє і ліотропні рідкі кристали. Нематические і смектичні рідкі кристали. Фазові перетворення в рідких кристалах. Електричні і оптичні властивості рідких кристалів. Застосування рідких кристалів.

5.25. фізика скла. Класифікація стекол. Склування. Температура склування. Склування як придушення процесу кристалізації. Кристалізація скла. Кінетика кристалізації аморфних тіл. Ступінь кристалічності. Будова і властивості стекол. Фізичні властивості скла: оптичні, механічні та ін.

ЗАВДАННЯ

5.1. Скільки атомів припадає на одну елементарну комірку: 1) примітивної решітки кубічноїсингонії; 2) об'ємно-центрованої решітки ромбічної сингонії; 3) гранецентрированной решітки кубічноїсингонії; 4) базоцентрірованной решітки ромбічної сингонії.

5.2. Визначити число елементарних осередків кристала об'ємом 1 м3: 1) хлористого цезію (решітка об'ємно-центрована кубічноїсингонії); 2) міді (решітка гранецентрированная кубічноїсингонії); 3) кобальту, що має гексагональну структуру з щільною упаковкою.

5.3. знайти щільність  кристала неону (при 20 К), Якщо відомо, що решітка гранецентрированная кубічноїсингонії. Постійна a решітки при тій же температурі дорівнює 0.452 нм.

5.4. знайти щільність  кристала стронцію, якщо відомо, що решітка гранецентрированная кубічноїсингонії, а відстань між ними дорівнюватиме 0.43 нм.

5.5. знайти постійну а решітки та відстань d між найближчими сусідніми атомами кристала: 1) алюмінію (решітка гранецентрированная кубічноїсингонії); 2) вольфраму (решітка обсяг-центрована кубічноїсингонії).

5.6. Визначити індекси вузлів, зазначених на рис. 5.6 буквами А, В, С, D.

 Мал. 5.6.

5.7. Написати індекси напрямків прямої, що проходить в кубічної решітці через початок координат і вузол з кристалографічними індексами в двох випадках: 1) [[242]]; 2) [[  ]].

5.8. Знайти індекси напрямків прямих АВ, CD, KL, Зображених на рис. 5.7 а, б, в.

Мал. 5.7.

5.9. обчислити кут  між напрямками в кубічної решітці кристала, які задані кристалографічними індексами [110] і [111].

5.10. Написати індекси Міллера для площин у примітивній кубічної решітці, зображених на рис. 5.8. а-е.

Мал. 5.8.

5.11. При якій кладці цегли (рис. 5.9. а, б) Нижній з них виявиться під великою напругою. Чому?

а) б)  Мал. 5.9.

5.12. Дріт довжиною 1.2 м і перетином 0.4 мм2 при навантаженні 120 Н подовжився на 2.0 мм. Знайти модуль пружності.

5.13. На малюнку приведені графіки залежності механічної напруги від його відносної деформації. Визначити модуль пружності для кожного графіка (рис. 5.10).

Мал. 5.10.

5.14. Яка відносна поперечна деформація сталевої балки з круглим перетином діаметром 15 см, Якщо вона відчуває стиснення під дією ваги 7 т? Модуль пружності стали Е = 205 ГПа, коефіцієнт Пуассона  0.31.

5.15. Штампується срібна монета діаметром 18 мм. Яка сила удару по заготівлі, якщо межа плинності срібла 25 МПа?

5.16. Який запас міцності забезпечений на тепловозі в причіпному пристосуванні, якщо його перетин 100 см, Межа міцності 500 кН/м2, А сила тяги тепловоза 75 кН?

5.17. Якої висоти можна побудувати цегляну стіну при запасі міцності 6, якщо межа міцності цегли  6 ? 105 Н/м2. щільність цегли  = 2 ? 103 кг/м3.

5.18. Сталевий канат, який витримує вагу нерухомою кабіни ліфта, має діаметр 9 мм. Який діаметр повинен мати канат, якщо кабіна ліфта може мати прискорення до 8g?

 5.19. Балка довжиною 5 м з перетином 100 см2 під дією сил по 10 кН, Прикладених до її кінців стиснулася на 1 см. Знайти відносне стиснення і механічне напруження.

5.20. На дні водойми встановлена ??бетонна конструкція грибовидной форми, розміри якої (в метрах) вказані на рис. 5.11. глибина річки Н = 10 м. З якою силою тисне конструкція на дно річки? щільність бетону  = 2.5 • 103 кг / м3.

5.21. Знайти відносне зміна щільності циліндричного мідного стержня при стисканні його тиску 1000 кг/см2. Коефіцієнт Пуассона для міді прийняти рівним 0.34.

5.22. Сталевий дріт діаметром 1 мм натягнута в горизонтальному положенні між двома зажимами, які перебувають на відстані 2.0 м один від одного. До середини дроту, в точці О - Підвісили вантаж масою 0.25 кг. На скільки сантиметрів опуститься точка О?

5.23. Знайти енергію пружної деформації сталевого стрижня маси 3.1 кг, Який натягнутий так, що його відносне подовження  1.0 • 10-3.

5.24. Довга сталева трубка має внутрішній діаметр 30 см і товщину стінок 0.5 см. На скільки збільшується площа перетину каналу труби, якщо різниця тиску всередині і поза труби збільшується від 0 до 4.9 ? 106 па? Зміною товщини стінок при розтягуванні знехтувати.

5.25. Сталевий дріт довжиною 4 м і діаметром 2 мм розтягується силою 980 Н. Наскільки зміниться: а) її обсяг, б) її бокова поверхня.

5.26. Знайти значення коефіцієнта Пуассона, при якому обсяг дроту при розтягуванні не змінюється.

5.27. Показати, що коефіцієнт Пуассона  не може перевищувати значення 0.5.

5.28. Залізний дріт довжиною 25 м висить вертикально. На скільки змінюється обсяг дроту, якщо до неї прив'язати гирю вагою в 10 кг? Коефіцієнт Пуассона для заліза .

5.29. На конструкцію, що складається з двох сталевих стрижнів діаметром 10 мм і довжиною 1 м кожен, підвішений вантаж масою 50 кг (Рис. 5.12). З одного боку стрижні жорстко закріплені до підвісу, а з іншого прикріплені до вантажу в одній точці (див. Малюнок).

 Мал. 5.12.

Яка відносна деформація в кожному стрижні? Який максимальний вантаж може витримати дана конструкція? Модуль пружності стали  210 ГПа, межа міцності  10.0 108 Н/м2.

5.30. У скільки разів збільшується обсяг суцільного залізного куба з довжиною ребра 5 см, Якщо повідомити йому 96.4 кДж теплоти?

5.31. Для заліза, міді і алюмінію в інтервалі температур від 0 до 50 °С побудувати графіки залежності: а) відносної лінійної деформації від температури  однорідного по товщині стрижня; б) відносного зміни щільності  від температури.

5.32. При 0 °С скляна колба вміщує 680 г ртуті, а при 100 °С - 670 г ртуті. Визначити коефіцієнт лінійного розширення скла.

5.33. Залізобетон при 0 °С при однаковій довжині залізної арматури і бетонної конструкції 1 м відчуває перепад температур від -40 °С до + 30 °С. Знайти різницю довжин арматури і бетону, що зазнають такий перепад температур, а також визначити величину внутрішньої напруги в залізобетоні при нагріванні від -40 °С до + 30 °С. Коефіцієнт лінійного розширення стали 1.1 ? 10-5 К-1, Бетону - 0.9 ? 10-5 К-1.

5.34. Прокат ріжуть на смуги відразу після виходу з прокатного стану при 900 °С. Розрахувати, яка повинна бути довжина смуг в гарячому стані, якщо при 20 °С вони повинні мати довжину 15.0 м.

5.35. Кінці сталевої балки наглухо забиті в протилежні стіни приміщення. Який тиск буде виробляти балка на стіни при підвищенні температури на 30 °К?

5.36. Чому при нагріванні і охолодженні залізобетонних конструкцій залізо не відділяється від бетону?

5.37. При 150 °С площа мідного листа - 1м2. Обчислити площу аркуша при 10 °С.

5.38. Знайти щільність заліза при 200 °С і при -70 °С.

5.39. Колесо паровоза має радіус 1 м при 0 °С. Визначити різницю в числах обертів колеса влітку при + 25 °С і взимку при -25 °С на шляху пробігу паровоза в 100 км.

5.40. При 20 °С чавунне колесо крана має діаметр 1150 мм, А призначений для нього сталевий бандаж - діаметр 1145 мм. До якої температури слід нагріти бандаж, щоб зазор між ним і колесом дорівнював 1 мм?

5.41. Показати на прикладі куба, що коефіцієнт об'ємного розширення в 3 рази більше коефіцієнта лінійного розширення.

5.42. Температура сталевий листовий балки перетином 100 см2 підвищилася на 50 °С. Знайти сили тиску на опори, що перешкоджають подовженню балки.

5.43. Бетонний стрижень закріплений за допомогою двох затискачів на міцній основі при 0 °С. При якій температурі стрижень розірветься? Міцність на розрив бетону 5 Н/мм2. Модуль пружності бетону  104 Н/мм2.

5.44. Латунне кільце перетином 2'5 мм2 було підігрітий до температури 300 °С і щільно надіто на сталевий циліндр, що має температуру 2 °С. Яке зусилля на розрив відчуває кільце після охолодження його до 20 °С? Коефіцієнт лінійного розширення латуні 1.84 ? 10-5 1/ К, Модуль Юнга 6.47 ? 1010 па.

5.45. У центрі сталевого диска є отвір діаметром 4.99 мм (При 0 °С). До якої температури слід нагріти диск, щоб в отвір почав проходити кульку діаметром 5.0 мм? Лінійний коефіцієнт теплового розширення сталі 1.1 • 10-5 1/ К.

5.46. При нагріванні деякого металу від 0 °С до 500 °С eгo щільність зменшується в 1.027 рази. Знайти для цього металу коефіцієнт лінійного теплового розширення, вважаючи eгo постійним в даному інтервалі температур.

5.47. Яку довжину повинні мати при 0 °С сталевий і мідний стрижні, щоб при будь-якій температурі сталевий стрижень був довший мідного на 10 см?

5.48. У муфельній печі нагріли залізну деталь шляхом пропускання струму силою 5 А при напрузі 220 В. У скільки разів збільшиться об'єм деталі, якщо нагрівання проводилося протягом 5 хв при ККД печі  0.45?

5.49. Площа пластини слюдяного конденсатора 36 см2, Товщина шару діелектрика 0.14 см, Ємність 160 пФ, Заряд становить 4.8 • 108 кл. Обчислити відносну діелектричну проникність слюди, якщо різниця потенціалів на його обкладках 3.0 • 102В, А енергія - 7.2 • 10-6 Дж.

5.50. Плоский конденсатор ємністю 0.3 мкФ виготовлений з листів металевої фольги і слюди. Визначити відносну діелектричну проникність слюди, якщо необхідно взяти 200 слюдяних пластинок, площа кожної з них 50 см2, А товщина 0.177 мм.

5.51. За провідника перетином 1.5 мм2 тече струм 0.3 А. Яка концентрація вільних електронів в речовині, якщо середня швидкість направленого руху вільних електронів 1.25 • 10-6 м / с.

5.52. Ніхромовий провід діаметром 0.55 мм має довжину 4.8 м. Визначити опір дроту.

5.53. Шляхом утворення електричної лампи розжарювання має опір 484 Ом при температурі 2100 °С. Визначити опір нитки при 20?С.

5.54. Визначити температуру вольфрамової нитки лампи в робочому стані, якщо при включенні її в мережу з напругою 120 В встановився ток 0.4 А. Опір нитки при 0 °С вважати рівним 30 Ом.

5.55. На лампочці для кишенькового ліхтаря написано: 3.5 В, 0.28 А. Температура розжарення нитки 425 °С, А її опір в холодному стані 4 Ом. Який температурний коефіцієнт опору матеріалу, з якого виготовлена ??нитка?

5.56. Опір нитки лампи при 0 °С в десять разів менше, ніж при температурі 1900 °С. Визначити температурний коефіцієнт опору матеріалу, з якого виготовлена ??нитка.

5.57. Опір вугільного стрижня зменшилася від 5.0 до 4.5 Ом при підвищенні температури від 50 до 545 °С. Який температурний коефіцієнт опору вугілля? На що вказує знак «-» у відповіді?

5.58. Користуючись законом Дюлонга-Пті, знайти питому теплоємність: 1) міді, 2) заліза, 3) алюмінію.

5.59. Користуючись законом Дюлонга-Пті, знайти, у скільки разів питома теплоємність алюмінію більше питомої теплоємності платини.

5.60. Зовнішня поверхня стіни має температуру t1 = -20 °С, Внутрішня - температуру t2 = + 20 °С. Товщина стіни 40 см. Знайти коефіцієнт теплопровідності матеріалу стіни, якщо через кожен 1 м2 її поверхня за 1 ч проходить 460.5 кДж/м2.

5.61. Яка кількість тепла втрачає в одну хвилину кімната з площею підлоги 4'5 м і висотою 3 м через чотири цегляні стіни? Температура в кімнаті  15 °С, Зовнішня температура  -20 °С. Коефіцієнт теплопровідності цегли 0.84 Вт/ (м • К). Товщина стін 50 см. Втратами тепла через підлогу і стелю знехтувати.

5.62. Обчислити питомі теплоємності с кристалів алюмінію і міді по класичної теорії теплоємності.

5.63. Користуючись класичною теорією, обчислити питомі теплоємності с кристалів NaCl и CaCl2.

5.64. Обчислити по класичної теорії теплоємності теплоємність С кристала броміду алюмінію AlBr3 об'ємом 1 м3. густина  кристала броміду алюмінію дорівнює 3.01 • 103 кг/м3.

5.65. визначити теплоту Q, Необхідну для нагрівання кристала калію масою m = 200 г від температури 4 К до температури 5 К. Прийняти характеристическую температуру Дебая для калію ?D = 100 К і вважати умову Т << ?D виконаним.

5.66. Обчислити характеристичну температуру ?D Дебая для заліза, якщо при температурі Т = 20 К молярна теплоємність заліза  0.226 Дж/ (Кмоль). Умова Т << ?D вважати виконаним.

5.67. Знаючи, що для алмазу ?D = 2000 К, Обчислити його питому теплоємність при температурі Т = 30 К.

5.68. питома провідність  металу дорівнює 10 См / м. Обчислити середню довжину  вільного пробігу електронів в металі, якщо концентрація n вільних електронів дорівнює 1023 м-3. середню швидкість u хаотичного руху електронів прийняти рівною 10 Мс / м.

5.69. Власний напівпровідник (германій) має при деякій температурі питомий опір  0.4 Омм. визначити концентрацію n носіїв заряду, якщо рухливість и  електронів і дірок відповідно рівні 0.36 і 0.16 м2/ (Вс).

5.70. питома провідність  кремнію з домішками дорівнює 112 См / м. визначити рухливість  дірок і їх концентрацію  , Якщо постійна Холла  3.66 • 10-4 м3/кл. Прийняти, що напівпровідник має тільки доречнийпровідністю.

5.71. Тонка пластина з кремнію шириною 2 см поміщена перпендикулярно лініям магнітної індукції однорідного магнітного поля (B = 0.5 Тл). При щільності струму 2 мкА/мм2, Спрямованого уздовж пластини, холлівських різниця потенціалів  дорівнювала 2.8 В. визначити концентрацію n носіїв струму.

5.72. через перетин  мідної пластинки товщиною  0.5 мм і висотою  10 мм пропускається струм  20 А. При приміщенні пластинки в магнітне поле, перпендикулярне до ребра b і напрямку струму, виникає поперечна різниця потенціалів  3.1 мкв. Індукція магнітного поля 1 Тл. знайти концентрацію п електронів провідності в міді і їх швидкість  при цих умовах.

5.73. Германієвого кристал, ширина  забороненої зони в якому дорівнює 0.72 еВ, Нагрівають від температури  0 °C до температури  15 °C. У скільки разів зросте його питома провідність?

5.74. При нагріванні кремнієвого кристала від температури  0 °C до температури  10 °C його питома провідність зростає в 2.28 рази. За наведеними даними визначити ширину  забороненої зони.

5.75. p-n-перехід знаходиться під зворотному напругою  0.1 В. його опір  692 Ом. яке опір  переходу при прямому напрузі?

5.76. Метали літій і цинк призводять до зіткнення один з одним при температурі 0 К. На скільки зміниться концентрація електронів провідності в цинку? Який з цих металів матиме вищий потенціал?

5.77. опір p-n-переходу, що знаходиться під прямим напругою 1 В, Дорівнює 10 Ом. визначити опір  переходу при зворотній напрузі.

5.78. опір  кристала при температурі  20 °C дорівнює 104 Ом. Визначити його опір  при температурі  80 °C.




Рішення | постулати Бора

Рішення | Контрольна робота 4 | елементи кристалографії | Властивості твердих тіл | Рішення | Рішення | Рішення | Рішення | Рішення | Рішення |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати