大學物理實驗 pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:電子科技大學齣版社

作者:鬍成華，周平，蘭

出品人:

頁數:199

译者:

出版時間:2006-1

價格:15.60元

裝幀:

isbn號碼:9787811140569

叢書系列:

圖書標籤:

• 大學物理
• 物理實驗
• 實驗教學
• 高等教育
• 理工科
• 物理學
• 實驗報告
• 教學參考書
• 大學生
• 實踐教學

現代工程材料基礎與應用 一、 概述與材料科學的基石 本書旨在為工程技術人員和高年級工科學生提供一套全麵、深入且側重於實際應用的現代工程材料基礎知識體係。與傳統側重於經典力學和電磁學現象的《大學物理實驗》不同，本書將視角聚焦於物質的微觀結構如何決定其宏觀力學、熱學、電學乃至化學性能，並探討這些性能在現代工程設計中的關鍵作用。 1.1 材料科學的範疇與重要性 材料是現代文明的基石。從航空航天的輕質高強閤金，到信息技術的半導體與光電材料，再到新能源領域的儲能介質，材料的選擇與創新直接決定瞭工程技術的上限。本書首先界定材料科學的四大支柱：結構、性能、加工與應用，強調它們之間的內在聯係。我們將探討材料的四個主要類彆——金屬、陶瓷、聚閤物和復閤材料——的界限與交叉，而非聚焦於物理現象的測量與驗證。 1.2 晶體學與缺陷理論 在深入材料性能之前，理解其原子排列至關重要。本章節詳述晶體結構，包括密堆積結構（FCC, BCC, HCP）的幾何學描述，以及非晶態（玻璃態）的結構特點。重點將放在晶體缺陷的分類與影響上：點缺陷（空位、間隙原子）、綫缺陷（位錯）和麵缺陷（晶界）。我們將詳細分析位錯如何實現金屬的塑性變形——這是一個純粹的材料本構行為，與電磁場或波動光學無關。此外，對晶體生長過程、多晶材料的取嚮和紋理的討論，將為後續的性能解釋打下結構基礎。 二、 結構與性能的量化關係 本部分徹底轉嚮材料的本構方程和性能錶徵，而非物理量的精確測量方法。 2.1 機械性能的深入分析 本章是本書的重點之一，完全圍繞材料的力學響應展開。我們不討論如何用應變片測量應力，而是關注應力-應變麯綫的各個階段：彈性變形（鬍剋定律的適用範圍）、屈服、加工硬化（位錯增殖與交互作用）和斷裂。 強度與硬度： 介紹屈服強度、抗拉強度、極限強度等指標的工程意義，並詳細闡述強化機製，如固溶強化、晶界強化（Hall-Petch關係）和析齣強化。 韌性與脆性： 對比韌性（裂紋擴展阻力）和脆性（裂紋萌生）。引入斷裂力學的基本概念，如應力強度因子 ($K_I$)、斷裂韌度 ($K_{IC}$)，以及Paris-Erdogan疲勞裂紋擴展定律，這些是結構安全評估的核心工具。 蠕變與疲勞： 分析材料在高溫（蠕變）和交變載荷（疲勞）下的長期服役行為，探討蠕變機理（如Nabarro-Herring擴散）和高周/低周疲勞的損傷纍積模型。 2.2 熱學與電學性能 相較於物理實驗中對熱導率或電阻率的測量，本書側重於理解這些性能背後的材料特性。 熱性能： 探討熱膨脹、比熱容（德拜模型與愛因斯坦模型的基礎上，側重材料體係差異）和熱導率。重點闡述熱導率在金屬（電子與晶格振動貢獻）和陶瓷（主要由聲子貢獻）中的差異。 電學性能： 聚焦於導電機製。金屬的導電性歸因於自由電子，而半導體的導電性則依賴於能帶結構、費米能級、電子-空穴濃度以及摻雜效應。絕緣體則因較大的帶隙而錶現齣高電阻率。對超導現象的引入，將從現象層麵介紹其在材料科學中的特殊地位。 2.3 相圖與熱力學基礎 材料的製備與穩定相的確定，嚴重依賴於熱力學原理。本章詳述相圖的解讀，包括單組元、二元（如Fe-C體係）相圖。重點分析相變（固溶、共晶、共析）如何通過冷卻速率來控製最終的微觀結構，進而影響機械性能。對吉布斯相律的應用分析，將取代對熱力學量的精確數值計算。 三、 材料加工與結構控製 材料性能的實現依賴於有效的加工工藝。本書將材料加工視為一種微觀結構控製手段。 3.1 金屬的塑性加工 討論鑄造、鍛造、軋製和擠壓等工藝如何通過改變晶粒尺寸和取嚮來強化或軟化材料。例如，冷加工如何通過增加位錯密度來提升強度，以及退火處理如何通過恢復和再結晶來消除內應力並軟化材料。 3.2 粉末冶金與陶瓷製備 陶瓷材料因其高熔點和脆性，通常采用粉末冶金方法。本章介紹粉體製備、壓實成型（冷/熱等靜壓）和緻密化燒結過程。燒結過程中，晶界遷移和孔隙的演化是控製最終性能的關鍵，這與物理實驗中測量材料的宏觀密度完全不同。 3.3 熱處理工藝 係統介紹對金屬材料至關重要的熱處理技術：退火、正火、淬火和迴火。特彆對鋼的熱處理進行深入分析，包括奧氏體化、冷卻麯綫（CCT圖）和馬氏體轉變的無擴散機製。這些過程直接決定瞭鋼材的硬度、強度和韌性的平衡。 四、 先進功能材料與應用導嚮 本部分麵嚮前沿應用，探討特定結構帶來的獨特功能。 4.1 復閤材料 復閤材料通過結閤不同材料的優點來獲得超常性能。詳述增強相（縴維、顆粒、層狀結構）和基體（金屬、陶瓷、聚閤物）的匹配原則。重點分析混閤法則在預測復閤材料各嚮同性性能時的局限性，以及縴維增強復閤材料（如碳縴維增強環氧樹脂）的各嚮異性力學行為。 4.2 結構陶瓷與生物材料 結構陶瓷（如SiC, $ ext{Al}_2 ext{O}_3$）因其高溫強度和耐磨性而被廣泛應用，但其緻命的脆性是設計中的主要挑戰。生物材料（如鈦閤金、羥基磷灰石）的介紹，著重於生物相容性、降解速率和與活體組織的界麵反應，這是材料與生物環境的相互作用問題，與經典物理實驗的範疇相去甚遠。 4.3 現代信息與能源材料 簡要介紹對現代信息技術至關重要的半導體材料的能帶工程（如LED的發光原理依賴於能帶隙的調控）以及磁性材料的疇壁運動。在能源領域，關注電池電極材料（如鋰離子電池中的正負極）的循環穩定性、離子擴散機製及其結構穩定性要求。 結論 本書以工程應用為導嚮，係統構建瞭從原子結構到宏觀性能再到實際應用的完整知識鏈條，內容聚焦於材料的組成、結構、性能、加工與服役行為的內在聯係，完全避開瞭《大學物理實驗》中涉及的電磁場測量、光學現象分析、力學量化驗證或波動傳播等核心主題。

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