Ответы к зачёту по Конструкционным и электротехническим материалам:

1)Какую частицу называют атомом?

Ответ: Атом — это наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. Атом состоит из ядра, имеющего положительный электрический заряд, и отрицательно заряженных электронов. Заряд ядра любого химического элемента равен произведению Z на e, где Z — порядковый номер данного элемента в периодической системе химических элементов, е — величина элементарного электрического заряда.

2)Какую частицу называют ионом данного атома?

Ответ: Ио́н (др.-греч. ἰόν — идущее) — электрически заряженная частица (атом, молекула, свободный радикал), имеющая положительный или отрицательный заряд электричества, кратный заряду электрона. Положительно заряженный ион принято называть катионом, отрицательно заряженный ион - анионом.

3)Какое уравнение является основным уравнением квантовой физики?

Ответ: Основным уравнением квантовой механики, описывающим движение и энергию элементарных частиц, является уравнение Шрёдингера. Это дифференциальное уравнение в частных производных, не имеющее решения в исходном виде. Решения существуют для ряда

частных случаев при упрощениях и допущениях, а также при заданных начальных и граничных условиях. Эти решения составляют класс задач квантовой механики: гармонический осциллятор, потенциальная яма, потенциальный барьер и другие. К таким задачам относят и движение частицы в периодическом поле кристаллической решётки твёрдого тела.

4)Как называют правильное периодическое расположение частиц, которое имеют кристаллические твёрдые тела?

Ответ: Кристаллические – твёрдые тела, имеющие правильное периодическое расположение составляющих их частиц – кристаллическую решётку (рис. 2.2).

5)Какая геометрическая фигура является элементарной кристаллической решёткой?

Ответ: Монокристаллы имеют форму правильных многогранников, обусловленную их химическим составом. Большинство твёрдых тел - поликристаллов – имеют мелкокристаллическую структуру, то есть состоят из большого числа сросшихся мелких, хаотически расположенных кристаллов (кристаллических зерен, кристаллитов).

Кристаллы имеют симметрию, состоящую в том, что любому заданному

направлению в кристалле соответствуют одно или несколько направлений, которые

в отношении рассматриваемых свойств являются совершенно одинаковыми.

6)Какими частицами заняты узлы кристаллической решётки в металлах?

Ответ: В металлах узлы кристаллической решетки заняты положительными ионами,

образовавшимися при отщеплении от атомов валентных электронов.

7)Какими частицами заняты узлы кристаллической решётки в ионных кристаллах?

Ответ: В ионных кристаллах в узлах кристаллической решётки правильно чередуются положительные и отрицательные ионы.

8)Какими частицами заняты узлы кристаллической решётки в валентных кристаллах?

Ответ: В валентных кристаллах узлы кристаллической решётки заняты нейтральными атомами.

9)Какие бывают зоны энергии в кристаллах?

Ответ: Частное решение уравнения Шрёдингера для движения электрона в периодическом поле кристаллической решётки твёрдого тела даёт аналитическую зависимость кинетической энергии электрона от его расстояния до ядра атома. Математическая функция этой зависимости имеет разрывы второго рода (когда производная функции и само значение функции обращаются в бесконечность), показывающие, что энергия электрона при его удалении от ядра атома квантуется, то есть может принимать значения только в некоторых диапазонах, которые называются зонами разрешённой энергии. Между этими зонами находятся зоны запрещённой энергии (рис. 2.3).

Самая верхняя из зон разрешённой энергии, полностью заполненная электронами, называется валентной зоной. В этой зоне энергии электроны связаны в границах атома и не могут образовывать электрический ток. Если же им придать энергию, достаточную для преодоления самой верхней запрещённой зоны, то они перейдут в зону проводимости и станут свободными. Двигаясь по кристаллу под действием внешнего поля, такие электроны формируют электрический ток. Чем шире самая верхняя из запрещённых зон, тем сложнее электронам переходить в зону проводимости, и, соответственно, тем ниже электрический ток, и тем выше электрическое сопротивление материала. В зависимости от ширины этой запрещённой зоны материалы

условно делят на диэлектрики, полупроводники и проводники (рис. 2.4). У проводников ширина запрещённой зоны энергии практически равна нулю, поэтому природа их электрического сопротивления не полностью объясняется зонной теорией. В данном случае необходимо учитывать дефекты кристаллических решёток.