材料科学基础(武汉理工大学,张联盟版)课后习题及答案第五章

第五章答案 5-1 略。 5-2 何谓表面张力和表面能？在固态和液态这两者有何差别？ 解： 表面张力：垂直作用在单位长度线段上的表面紧缩力或将物体表面增大一个单位所需作的功；σ =力 /总长度（N/m） 表面能：恒温、恒压、恒组成情况下，可逆地增加物系表面积须对物质所做的非体积功称为表面能；J/m2=N/m 液体：不能承受剪应力，外力所做的功表现为表面积的扩展，因为表面张力与表面能数量是相同的； 固体：能承受剪切应力，外力的作用表现为表面积的增加和部分的塑性形变，表面张力与表面能不等。 5-3 在石英玻璃熔体下20cm 处形成半径5×10－ 8m 的气泡，熔体密度为2200kg/m3，表面张力为0.29N/m，大气压力为1.01×105Pa，求形成此气泡所需最低内压力是多少？ 解：P1（熔体柱静压力）=hρ g=0.2×2200×9.81=4316.4Pa 附加压力=2×0.29/5×10-8=1.16×107Pa 故形成此气泡所需压力至少为P=P1+△ P+P大气 =4316.4+1.16×107+1.01×105=117.04×105Pa 5-4（ 1） 什么是弯曲表面的附加压力？其正负根据什么划分？（ 2） 设表面张力为0.9J/m2，计算曲率半径为0.5μ m、 5μ m 的曲面附加压力？ 解：（1）由于表面张力的存在，使弯曲表面上产生一个附加压力，如果平面的压力为P0，弯曲表面产生的压力差为△P，则总压力为P=P0+△ P。附加压力的正负取决于曲面的曲率，凸面为正，凹面为负。 （ 2）根据Laplace 公式：可算得△P=0.9×（1/0.5+1/5）=1.98×106Pa 5-5 什么是吸附和粘附？当用焊锡来焊接铜丝时，用挫刀除去表面层，可使焊接更加牢固，请解释这种现象？ 解：吸附：固体表面力场与被吸附分子发生的力场相互作用的结果，发生在固体表面上，分物理吸附和化学吸附； 粘附：指两个发生接触的表面之间的吸引，发生在固液界面上； 铜丝放在空气中，其表面层被吸附膜（氧化膜）所覆盖，焊锡焊接铜丝时，只是将吸附膜粘在一起，锡与吸附膜粘附的粘附功小，锉刀除去表面层露出真正铜丝表面（去掉氧化膜），锡与铜相似材料粘附很牢固。 5-6 在高温将某金属熔于Al2O3片上。（1）若Al2O3的表面能估计为1J/m2，此熔融金属的表面能也与之相似，界面能估计约为0.3J/m2， 问接触角是多少？（ 2） 若液相表面能只有Al2O3表面能的一半，而界面能是Al2O3表面张力的2 倍，试估计接触角的大小？ 解：（1）根据Yong 方程： 将已知数据代入上式=0.7，所以可算得接触角约为45.6 度 （ 2）将已知数据代入Yong 方程=...