Рекомендовано Минобразованием России для направления подготовки диплом

Вид материала

Содержание

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
3. Объем дисциплины и виды учебной работы (час)
Общая трудоемкость
Самостоятельная работа
4. Содержание дисциплины
5. Лабораторный практикум
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Подобный материал:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УТВЕРЖДАЮ

Руководитель Департамента

образовательных программ и стандартов

профессионального образования

______________________Л.С.Гребнев

«_05__» ___мая__ 2001г.

ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Рекомендовано Минобразованием России для направления подготовки

дипломированных специалистов 651800 Физическое материаловедение

Москва 2001 г.

1. Цели и задачи дисциплины

На основе выработки теоретических представлений научить:

анализировать и прогнозировать зависимость физических свойств металлов и сплавов от микроструктуры, состава, плотности дефектов кристаллической решетки, положения в периодической таблице элементов, фазового состояния и температуры;
использовать методы физического анализа для решения задач металловедения и физики металлов;
принципам формирования особых физических свойств в сплавах.

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

Знать: Основы взаимосвязи физических свойств металлов и сплавов с их составом, строением и температурой.

Уметь: измерять магнитные, электрические, теплофизические свойства, проводить дилатометрический анализ для изучения фазовых превращений.

3. Объем дисциплины и виды учебной работы (час)

Вид учебной работы	Всего часов	Семестр
		7
Общая трудоемкость	120	120
Аудиторные занятия	68	68
Лекции	34	34
Лабораторные работы	34	34
Самостоятельная работа	52	52
Вид итогового контроля		экзамен

4. Содержание дисциплины

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий

№	Раздел дисциплины	Лекции	ЛР
1	Теплоемкость и энтальпия	*	*
2	Магнитные свойства	*	*
3	Электрические свойства	*	*
4	Теплопроводность	*
5	Плотность и термическое расширение	*	*
6	Термоэлектрические свойства	*
7	Упругие свойства и внутреннее трение	*

4.2. Содержание разделов дисциплины

Раздел 1. Теплоемкость и энтальпия

Основные понятия и определения (энтальпия, виды теплоемкости и связь между ними, эндо- и экзотермические реакции). Средняя энергия классического осциллятора. Закон Дюлонга и Пти. Общие представления о динамике кристаллической решетки: закон дисперсии, типы упругих волн и их особенности, периодичность частот, число независимых нормальных колебаний, явление дисперсии, скорости звука. Упругая волна как осциллятор. Средняя энергия квантового осциллятора. Понятие о фононе.

Тепловая энергия твердого тела. Теория теплоемкости Эйнштейна. Основные положения теории Дебая. Ангармонизм колебаний атомов и его влияние на теплоемкость. Электронная составляющая теплоемкости простых и переходных металлов. Общие закономерности теплоемкости металлов: теплоемкость при низких и высоких температурах, зависимость от положения в таблице Менделеева, влияние ферромагнетизма. Значение теплоемкости для применения металлов в технике.

Изменение функций термодинамического состояния и их производных при фазовых переходах 1 и 2 рода. Основные типы фазовых переходов 1 и 2 рода. Теплоемкость сплавов и ее расчет по правилу аддитивности. Применение метода теплоемкости в дилатометрическом термическом анализе для изучения превращений в металлах и сплавах (превращения типа порядок-беспорядок, старение, отпуск сталей, отдых и рекристаллизация, структурная релаксация в аморфных сплавах).

Раздел 2. Магнитные свойства

Явление магнитной поляризации. Классификация веществ по их поведению в магнитном поле. Элементарные магнитные моменты. Диамагнетизм и парамагнетизм атомов. Парамагнетизм и диамагнетизм электронного газа. Магнетизм металлов в связи с их положением в таблице Менделеева: сильный и слабый парамагнетизм металлов; температурная зависимость восприимчивости переходных металлов; аномалии диамагнетизма. Изменение восприимчивости слабых магнетиков при плавлении, аллотропических превращениях и наклепе. Магнитный анализ слабомагнитных систем. Магнитоупорядоченные магнетики. Природа ферромагнетизма. Обменная энергия. Точка Кюри. Магнитные моменты атомов Зd-4f металлов. Модели обменного взаимодействия.

Антиферромагнетизм и ферримагнетизм. Энергия размагничивающего фактора. Анизотропия формы. Энергия магнитной кристаллической анизотропии. Анизотропия 3d-4f металлов. Явление магнитострикции. Магнитострикция Зd-4f металлов. Магнитострикционные материалы. Магнитоупругая энергия. Доменная структура. Энергия и толщина границ доменов. Методы наблюдения доменной структуры. Однодоменные частицы.

Процессы технического намагничивания. Теория коэрцитивной силы. Влияние температуры, наклепа, величины зерна, текстуры и других факторов на магнитные свойства чистых металлов и сплавов. Применение магнитного анализа для решения задач металловедения и физики металлов. Основные классы магнитных материалов и принципы их создания. Термическая обработка магнитных материалов, в том числе в магнитном поле. Аморфные ферромагнитные сплавы.

Раздел 3. Электрические свойства

Электрическая проводимость в рамках классической и квантовой теории свободных электронов. Зонная теория электрических свойств твердых тел. Понятие об эффективной массе. Электронная и дырочная проводимость.

Электрическая проводимость переходных металлов. Механизм s-d рассеяния. Механизмы рассеяния электронов (электрон-фононное, электрон-магнонное и электрон-электронное рассеяние). Температурная зависимость электрического сопротивления металлов (простых и переходных) и полупроводников, твердых и разбавленных твердых растворов. Влияние дефектов кристаллического строения. Изменение электрического сопротивления при наклепе и отжиге чистых металлов. Правило Матиссена-Флеминга.

Электрические свойства упорядочивающихся твердых растворов. Влияние ближнего порядка на сопротивление твердых растворов. К-состояние. Изменение сопротивления упорядоченных и неупорядоченных твердых растворов при наклепе. Электрические свойства гетерогенных сплавов. Влияние наклепа. Электрические свойства аморфных сплавов.

Применение резистивного анализа в металловедении и физике металлов (построение линии ограниченной растворимости, изучение процессов старения, оценки чистоты металлов и др.). Проводниковые материалы и материалы с высоким удельным сопротивлением.

Раздел 4. Теплопроводность

Коэффициент теплопроводности. Процессы рассеяния фононов и решеточная составляющая теплопроводности. Теплопроводность диэлектриков. Коэффициент теплопроводности электронного газа. Закон Видемана-Франца и постоянная Лоренца. Теплопроводность металлов и влияние на нее примесей и дефектов решетки. Теплопроводность сплавов. Теплопроводность технических материалов. Влияние состава и термической обработки на теплопроводность сплавов.

Раздел 5. Плотность и термическое расширение

Методы измерения плотности. Изменение плотности при нагреве, фазовых превращениях, наклепе и отжиге. Плотность твердых растворов, гетерогенных смесей и химических соединений. Природа термического расширения. Коэффициент термического расширения, его температурная зависимость, связь с характеристиками сил связи в кристаллической решетке. Магнитная аномалия расширения. Инварные сплавы. Дилатометрический анализ.

Раздел 6. Термоэлектрические свойства

Основные явления и закономерности. Понятие об абсолютной ТЭДС. Применение метода ТЭДС в металловедении.

Раздел 7. Упругие свойства и внутреннее трение

Упругие характеристики металлов. Модули упругости как характеристики сил связи в кристаллической решетке. Упругая анизотропия. Температурная зависимость модулей упругости. Модули упругости сплавов. Ферромагнитная аномалия модулей упругости. Элинварные сплавы.

Механизмы внутреннего трения, обусловленного потерями на статический и динамический гистерезис. Применение метода внутреннего трения в металловедении. Сплавы с особыми демпфирующими свойствами.

Заключение: перспективы развития физических методов исследования, выбор методов для решения различного типа задач, перспективы развития материаловедения сплавов с особыми физическими свойствами.

5. Лабораторный практикум

№ п/п	№ раздела дисциплины	Наименование лабораторных работ
1	2	Магнитный анализ (цикл работ)
2	3	Резистивный анализ
3	1,5,7	Дилатометрический анализ (цикл работ)

6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.

6.1. Рекомендуемая литература.

Основная:

1. Лившиц Б.Г., Крапошин В.С. Линецкий Я.Л., Физические свойства металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1980, 318 с.

Дополнительная:

1. Кекало И.Б., Самарин БА. Физическое металловедение прецизионных сплавов. Сплавы с особыми магнитными свойствами. М.: Металлургия, 1989, 624 с.

6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины

Не предусмотрено.

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Специализированная лаборатория по физическим свойствам.

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированных специалистов 651800 Физическое материаловедение.

Программу составил:

профессор Московского государственного института стали и сплавов (технологического университета) д.т.н. И. Б.Кекало

Программа одобрена на заседании Совета учебно-методического объединения по образованию в области металлургии от 22 марта 2001 года, протокол №37.

Зам. Председателя Совета УМО В.П.Соловьев