材料物理化学 第一篇习题

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物理化学章节习题

物理化学章节习题

第一章热力学第一定律一、单选题1) 如图,在绝热盛水容器中,浸入电阻丝,通电一段时间,通电后水及电阻丝的温度均略有升高,今以电阻丝为体系有:( )A.W =0,Q <0,∆U <0B.W <0,Q <0,∆U >0C.W <0,Q <0,∆U >0D. W <0,Q =0,∆U >02) 如图,用隔板将刚性绝热壁容器分成两半,两边充入压力不等的空气(视为理想气体),已知p右> p左,将隔板抽去后: ( )A.Q=0, W =0, ∆U =0B.Q=0, W <0, ∆U >0C.Q >0, W <0, ∆U >0D.∆U =0, Q=W ≠03)对于理想气体,下列关系中哪个是不正确的:( )A. (∂U/∂T)V=0B. (∂U/∂V)T=0C. (∂H/∂p)T=0D. (∂U/∂p)T=04)凡是在孤立孤体系中进行的变化,其∆U 和∆H 的值一定是:( )A.∆U >0, ∆H >0B.∆U =0, ∆H=0C.∆U <0, ∆H <0D.∆U =0,∆H 大于、小于或等于零不能确定。

5)在实际气体的节流膨胀过程中,哪一组描述是正确的: ( )A.Q >0, ∆H=0, ∆p < 0B.Q=0, ∆H <0, ∆p >0C.Q=0, ∆H =0, ∆p <0D.Q <0, ∆H =0, ∆p <06)如图,叙述不正确的是:( )A.曲线上任一点均表示对应浓度时积分溶解热大小B.∆H1表示无限稀释积分溶解热C.∆H2表示两浓度n1和n2之间的积分稀释热D.曲线上任一点的斜率均表示对应浓度时HCl的微分溶解热7)∆H=Q p此式适用于哪一个过程: ( )A.理想气体从101325Pa反抗恒定的10132.5Pa膨胀到10132.5sPaB.在0℃、101325Pa下,冰融化成水的水溶液C.电解CuSO4D.气体从(298K,101325Pa)可逆变化到(373K,10132.5Pa )8) 一定量的理想气体,从同一初态分别经历等温可逆膨胀、绝热可逆膨胀到具有相同压力的终态,终态体积分别为V1、V2。

物理化学第八版第一章课后题答案

物理化学第八版第一章课后题答案

物理化学第八版第一章课后题答案1、D.环形电流的电流强度跟m成反比(正确答案)下列说法不符合分子动理论观点的是()*A.用气筒打气需外力做功,是因为分子间的后斥力作用(正确答案)B.温度升高,布朗运动显著,说明悬浮颗粒的分子运动剧烈C.相距较远的两个分子相互靠近的过程中,分子势能先减小后增大D.相距较远的两个分子相互靠近的过程中,分子间引力先增大后减小(正确答案)2、沙漠中昼夜温差明显,是因为沙石的比热容较大造成的[判断题] *对错(正确答案)答案解析:沙石的比热容较小3、图66是我国早期的指南针——司南,是把天然磁石磨成勺子的形状,把它放在水平光滑的“地盘”上,东汉学者王充在《论衡》中记载:“司南之杓(用途),投之于地,其柢(握柄)指南”。

下列说法中正确的是()[单选题]A. 司南握柄端是磁石的北极B. 司南握柄端指向地磁场的南极C. 地磁场的北极在地理的北极附近D. 司南握柄端指南是由于受到地磁场的作用(正确答案)4、42.小明在测量某种液体的密度时,根据测量数据绘制出了烧杯和液体的总质量与液体体积的关系图象如图所示,下列说法正确的是()[单选题] *A.该液体的密度是3g/cm3B.由图象可知,该液体体积越大,密度越小C.该液体体积是50cm3时,液体和烧杯的总质量是90g(正确答案)D.烧杯的质量是40kg5、23.口罩成为常态防疫“神器”,戴眼镜的人们常因口罩佩戴出现镜片模糊的情况,这是液化现象。

下列实例中与它物态变化相同的是()[单选题] *A.初春,冰雪消融B.夏天,清晨草叶或树叶上形成露珠(正确答案)C.深秋,屋顶的瓦上结了一层霜D.冬天,室外冰冻的衣服变干了6、若跳高运动员竖直向下蹬地的力大于他的重力,运动员就能从地上跳起来[判断题]*对(正确答案)错答案解析:运动员竖直向下蹬地的力与地面给他的支持力是一对相互作用力,大小相等。

若地面给他的支持力大于重力,运动员所受合力大于零,方向向上,运动员就能从地上跳起来7、探究物体受到的浮力与液体密度的关系时,需要控制物体体积相同[判断题] *对错(正确答案)答案解析:需要控制物体排开液体的体积相同8、67.关于粒子和宇宙,下列认识中正确的是()[单选题] *A.光年是时间单位,宇宙是一个有层次的天体结构B.电子的尺度比原子的尺度大;原子核带负电,电子带正电C.水和酒精混合后总体积变小,说明分子间有引力D.汤姆生发现了电子,卢瑟福建立了原子核式结构模型(正确答案)9、小林在水平路面上匀速直线骑自行车,自行车受到的重力跟地面对自行车的支持力二力平衡[判断题] *对错(正确答案)答案解析:以自行车与小林整体为研究对象,他们的总重力跟地面对自行车的支持力二力平衡10、24.运用你学过的物理知识进行“特殊测量”,下面的几种方法中()①用天平、水测出墨水瓶的容积;②用天平、刻度尺测出一卷细铜丝的长度;③用量筒、水测出小钢珠的质;④用量筒测出20g酒精. [单选题] *A.只有①③正确B.只有②④正确C.只有①②③正确D.①②③④都正确(正确答案)11、95.小明家的厨房里有一个恰好能装下1kg水的玻璃瓶子,现有汽油、酒精和硫酸三种液体,它能够装下1kg的哪种液体()(已知ρ汽油<ρ酒精<ρ水<ρ硫酸)[单选题] *A.汽油B.酒精C.硫酸(正确答案)D.都能装下12、5.推着自行车前行时前轮和后轮所受摩擦力的方向相同.[判断题] *对(正确答案)错13、1.高速公路上沿直线高速行驶的轿车为避免事故紧急刹车:因为轿车紧急刹车,速度变化很快,所以加速度很大.[判断题] *对(正确答案)错14、4.两个物体只有接触才存在作用力和反作用力.[判断题] *对错(正确答案)15、1.用手拍打桌面,手也很疼,充分说明力的作用是相互的.[判断题] *对(正确答案)错16、1.速度在数值上等于单位时间内通过的路程.[判断题] *对错(正确答案)17、人推木箱没有推动,是因为人对木箱的推力小于地面对木箱的摩擦力[判断题] *对错(正确答案)答案解析:木箱没有被推动,处于静止状态,合力为零。

物理化学第一章习题及答案

物理化学第一章习题及答案

物理化学第⼀章习题及答案第⼀章热⼒学第⼀定律⼀、填空题1、⼀定温度、压⼒下,在容器中进⾏如下反应:Zn(s)+2HCl(aq)= ZnCl 2(aq)+H 2(g)若按质量守恒定律,则反应系统为系统;若将系统与环境的分界⾯设在容器中液体的表⾯上,则反应系统为系统。

2、所谓状态是指系统所有性质的。

⽽平衡态则是指系统的状态的情况。

系统处于平衡态的四个条件分别是系统内必须达到平衡、平衡、平衡和平衡。

3、下列各公式的适⽤条件分别为:U=f(T)和H=f(T)适⽤于;Q v =△U 适⽤于;Q p =△H 适⽤于;△U=dT nC 12T T m ,v ?适⽤于;△H=dT nC 21T T m ,P ?适⽤于;Q p =Q V +△n g RT 适⽤于;PV r=常数适⽤于。

4、按标准摩尔⽣成焓与标准摩尔燃烧焓的定义,在C (⽯墨)、CO (g )和CO 2(g)之间,的标准摩尔⽣成焓正好等于的标准摩尔燃烧焓。

标准摩尔⽣成焓为零的是,因为它是。

标准摩尔燃烧焓为零的是,因为它是。

5、在节流膨胀过程中,系统的各状态函数中,只有的值不改变。

理想⽓体经节流膨胀后,它的不改变,即它的节流膨胀系数µ= 。

这是因为它的焓。

6、化学反应热会随反应温度改变⽽改变的原因是;基尔霍夫公式可直接使⽤的条件是。

7、在、不做⾮体积功的条件下,系统焓的增加值系统吸收的热量。

8、由标准状态下元素的完全反应⽣成1mol 纯物质的焓变叫做物质的。

9、某化学反应在恒压、绝热和只做膨胀功的条件下进⾏, 系统温度由T 1升⾼到T 2,则此过程的焓变零;若此反应在恒温(T 1)、恒压和只做膨胀功的条件下进⾏,则其焓变零。

10、实际⽓体的µ=0P T H,经节流膨胀后该⽓体的温度将。

11、公式Q P =ΔH 的适⽤条件是。

12、若某化学反应,只做体积功且满⾜等容或等压条件,则反应的热效应只由决定,⽽与⽆关。

13、常温下,氢⽓经节流膨胀ΔT 0;W 0;Q 0;ΔU 0;ΔH 0。

物理化学第一章课后习题解答

物理化学第一章课后习题解答

1.12 CO2 气体在 40℃时的摩尔体积为 0.381dm3 .mol-1 。设 CO2 为范德华气体,试 求其压力,并比较与实验值 5066.3kPa 的相对误差。
解: ,Vm =0.381× 10-3 m3 .mol-1 ,T=313.15K CO2 的范德华常数 a=364× 10-3 /Pa.m3 .mol-2 , b =42.67× 10-6 m3 .mol-1 代入方程得: P=5187.674KPa 相对误差=(5187.674-5066.3)/ 5066.3=2.4% 1.13 今有 0℃, 40530kPa 的 N2 气体,分别用理想气体状态方程及范德华方程计算 其摩尔体积.实验值为 70.3cm.mol-1 。 解:T=273.15K ,p=40530kPa N2 的范德华常数 a=140.8× 10-3 /Pa.m3 .mol-2 , b =39.13× 10-6 m3 .mol-1 =0.05603 m3 .mol-1
第一章
习题解答
1.1 物质的体膨胀系数α V 与等温压缩率κ T 的定义如下:
试导出理想气体的

与压力、温度的关系
解:对于理想气体: PV=nRT , V= nRT/P
求偏导:
1.2 气柜储存有 121.6kPa, 27℃的氯乙烯 (C2 H3 Cl) 气体 300m3 , 若以每小时 90kg 的流量输往使用车间,试问储存的气体能用多少小时? 解:将氯乙烯(Mw=62.5g/mol)看成理想气体: PV=nRT , n= PV/RT n=121600300/8.314300.13 (mol)=14618.6mol m=14618.662.5/1000(kg)=913.66 kg t=972.138/90(hr)=10.15hr 1.3 0℃,101.325kPa 的条件常称为气体的标准状况,试求甲烷在标准状况下的密 度? 解:将甲烷(Mw=16g/mol)看成理想气体: PV=nRT , PV =mRT/ M w 甲烷在标准状况下的密度为=m/V= PMw/RT =101.32516/8.314273.15(kg/m3 ) =0.714 kg/m3 1.4 一抽成真空的球形容器,质量为 25.0000g。充以 4 ℃水之后,总质量为 125.0000g。 若改充以 25℃, 13.33kPa 的某碳氢化合物气体, 则总质量为 25.0163g。 -3 试估算该气体的摩尔质量。水的密度按 1 g.cm 计算。 解:球形容器的体积为 V=(125-25)g/1 g.cm-3 =100 cm3 将某碳氢化合物看成理想气体:PV=nRT , PV =mRT/ M w Mw= mRT/ PV=(25.0163-25.0000)8.314300.15/(1333010010-6 ) Mw =30.51(g的空气。为进行实验时确保安全,采用同样温度 的纯氮进行置换,步骤如下:向釜内通氮直到 4 倍于空气的压力,尔后将釜内混 合气体排出直至恢复常压,重复三次。求釜内最后排气至恢复常压时其中气体含 氧的摩尔分数。设空气中氧、氮摩尔分数之比为 1:4。 解: 根据题意未通氮之前 : ,操作 n 次后, , 操作 1 次后, ,重复三次, ,V,T 一定, 故

物理化学课后习题第一章答案

物理化学课后习题第一章答案

1.2 气柜内贮有121.6 kPa,27℃的氯乙烯(C2H3Cl)气体300 m3,若以每小时90 kg的流量输往使用车间,试问贮存的气体能用多少小时?
解:假设气柜内所贮存的气体可全部送往使用车间。

1.5 两个容积均为V的玻璃球泡之间用细管连结,泡内密封着标准状态下的空气。

若将其中的一个球加热到 100℃,另一个球则维持 0℃,忽略连接细管中气体体积,试求该容器内空气的压力。

解:由题给条件知,(1)系统物质总量恒定;(2)两球中压力维持相同。

标准状态:
因此,
1.12 CO2气体在40℃时的摩尔体积为0.381 dm3·mol-1。

设CO2为范德华气体,试求其压力,并比较与实验值5066.3 kPa的相对误差。

1.18 把25℃的氧气充入40dm3的氧气钢瓶中,压力达 202 7×102kPa。

试用普遍化压缩因子图求钢瓶中氧气的质量。

氧气的T C=-118.57℃,P C=5.043MPa
氧气的T r=298.15/(273.15-118.57)=1.93, P r=20.27/5.043=4.02
Z=0.95
PV=ZnRT
n=PV/ZRT=202.7×105×40×10-3/(8.314×298.15)/0.95=344.3(mol)
氧气的质量m=344.3×32/1000=11(kg)。

物理化学-第一章作业

物理化学-第一章作业

or
W
p1(V2
V1 )
p1
(
nRT p2
nRT p1
)
nRT (1
p1 ) p2
1mol 8.314J mol1 K 1 300K (1 0.1105 Pa ) 0.25105 Pa
1.5103 J
Q W 1.5103 J
(2)
T'
p2V1
p2
nRT p1
p2 T
nR
nR
p1
W nRT nR(T T ' ) nR(T p2 T ) nRT (1 p2 )
9. 在定容条件下,加热氦气,起始体积为100 dm3,温度为
273 K,压力为标准压力,加热后压力增加至2倍标准压力,
试计算ΔU和ΔH

氦气为理想气体,且是定容过程,则pv=nRT,
Cv,m
3R 2
T2
p2 p1
T1
2 273K
546K
U
nCv,mT
100 103 Pa 100 103 m3 8.314J mol1 K 1 273K
解 题目中的过程是不可逆相变过程,
H2O(s, 273.2K ) H1 H2O(l, 273.2K ) H2 H2O(l, 373.2K ) H3 H2O(g, 373.2K )
H1 nH fus 1mol 6.002kJ mol 1 6.002kJ
H2 nCp,mT 1mol 75.3J mol1 K 1 (373.2 273.2)K 7.53kJ
mol 1
K 1 (673.2 373.2)K
1.4105 J
U Q W 5.7 105 J 1.4105 J 4.3105 J

《物理化学》课后习题第一章答案

《物理化学》课后习题第一章答案

习题解答第一章1. 1mol 理想气体依次经过下列过程:(1)恒容下从25℃升温至100℃,(2)绝热自由膨胀至二倍体积,(3)恒压下冷却至25℃。

试计算整个过程的Q 、W 、U ∆及H ∆。

解:将三个过程中Q 、U ∆及W 的变化值列表如下:过程 QU ∆ W(1) )(11,初末T T C m V - )(11,初末T T C m V -0 (2)(3) )(33,初末T T C m p - )(33,初末T T C m v - )(33初末V V p -则对整个过程:K 15.29831=末初T T = K 15.37331==初末T T Q =)(11,初末-T T nC m v +0+)(33,初末-T T nC m p=)初末33(T T nR -=[1×8.314×(-75)]J =-623.55JU ∆=)(11,初末-T T nC m v +0+)(33,初末-T T nC m v =0W =-)(33初末V V p -=-)初末33(T T nR - =-[1×8.314×(-75)]J =623.55J因为体系的温度没有改变,所以H ∆=02. 0.1mol 单原子理想气体,始态为400K 、101.325kPa ,经下列两途径到达相同的终态:(1) 恒温可逆膨胀到10dm 3,再恒容升温至610K ; (2) 绝热自由膨胀到6.56dm 3,再恒压加热至610K 。

分别求两途径的Q 、W 、U ∆及H ∆。

若只知始态和终态,能否求出两途径的U ∆及H ∆?解:(1)始态体积1V =11/p nRT =(0.1×8.314×400/101325)dm 3=32.8dm 3 W =恒容恒温W W +=0ln12+V V nRT=(0.1×8.314×400×8.3210ln +0)J =370.7JU ∆=)(12,T T nC m V -=[)400610(314.8231.0-⨯⨯⨯]J =261.9J Q =U ∆+W =632.6J H ∆=)(12,T T nC m p -=[)400610(314.8251.0-⨯⨯⨯]=436.4J (2) Q =恒压绝热Q Q +=0+)(12,T T nC m p -=463.4J U ∆=恒压绝热U U ∆+∆=0+)(12,T T nC m V -=261.9J H ∆=恒压绝热H H ∆+∆=0+绝热Q =463.4J W =U ∆-Q =174.5J若只知始态和终态也可以求出两途径的U ∆及H ∆,因为H U 和是状态函数,其值只与体系的始终态有关,与变化途径无关。

《物理化学》课后习题第一章答案

《物理化学》课后习题第一章答案

习题解答第一章1. 1mol 理想气体依次经过下列过程:(1)恒容下从25℃升温至100℃,(2)绝热自由膨胀至二倍体积,(3)恒压下冷却至25℃。

试计算整个过程的Q 、W 、U ∆及H ∆。

解:将三个过程中Q 、U ∆及W 的变化值列表如下:过程 QU ∆ W(1) )(11,初末T T C m V - )(11,初末T T C m V -0 (2)(3) )(33,初末T T C m p - )(33,初末T T C m v - )(33初末V V p -则对整个过程:K 15.29831=末初T T = K 15.37331==初末T T Q =)(11,初末-T T nC m v +0+)(33,初末-T T nC m p=)初末33(T T nR -=[1×8.314×(-75)]J =-623.55JU ∆=)(11,初末-T T nC m v +0+)(33,初末-T T nC m v =0W =-)(33初末V V p -=-)初末33(T T nR - =-[1×8.314×(-75)]J =623.55J因为体系的温度没有改变,所以H ∆=02. 0.1mol 单原子理想气体,始态为400K 、101.325kPa ,经下列两途径到达相同的终态:(1) 恒温可逆膨胀到10dm 3,再恒容升温至610K ; (2) 绝热自由膨胀到6.56dm 3,再恒压加热至610K 。

分别求两途径的Q 、W 、U ∆及H ∆。

若只知始态和终态,能否求出两途径的U ∆及H ∆解:(1)始态体积1V =11/p nRT =(0.1×8.314×400/)dm 3=32.8dm 3 W =恒容恒温W W +=0ln12+V V nRT=(0.1×8.314×400×8.3210ln +0)J =370.7JU ∆=)(12,T T nC m V -=[)400610(314.8231.0-⨯⨯⨯]J =261.9J Q =U ∆+W =632.6J H ∆=)(12,T T nC m p -=[)400610(314.8251.0-⨯⨯⨯]=436.4J (2) Q =恒压绝热Q Q +=0+)(12,T T nC m p -=463.4J U ∆=恒压绝热U U ∆+∆=0+)(12,T T nC m V -=261.9J H ∆=恒压绝热H H ∆+∆=0+绝热Q =463.4J W =U ∆-Q =174.5J若只知始态和终态也可以求出两途径的U ∆及H ∆,因为H U 和是状态函数,其值只与体系的始终态有关,与变化途径无关。

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Chap 1 Structure of Crystals1.1. Show that the face-centered tetragonal lattice is equivalent to thebody-centered tetragonal lattice.1.2. Show that the spacing d(hkl ) between adjacent lattice planes with Millerindices (hkl ) is equal to 222l k h /++a for cubic Bravais lattices and to 222222////1c l b k a h ++for orthorhombic Bravais lattices.1.3. Calculate the densities of lattice points in the (100), (110), (111), and (hkl )lattice planes of a simple cubic lattice.1.4. Write a computer program that will determine the distance d(n) form a givenatom to the n th nearest neighbor(NN) in a Bravais lattice. Also computer N(n ) ,the number of n th NNs .Carry out the calculation for the SC, BBC ,and FCC lattices.1.5. Calculate the packing fractions for the following crystal structures: FCC,HCP, and diamond .1.6. Show that the B atoms in an A-B 8 bounding unit come into contact with eachother when r B =1.366r A [i.e., when r A= (3-1)r B ] .Here r A and r B are the radii of the hard-sphere A and B atoms, respectively .Find the analogous conditions on the radii for the A-B 6 and A-B 4 bonding units.1.7. Prove for hard-sphere atoms in the HCP crystal structure that c/a=3/8=1.633.1.8. Assuming that the atoms in the CC crystal structure are hard spheres of radiusR in contact with each other, calculate the maximum radii r of the smaller hard-sphere atoms that could occupy the octahedral interstitial sites in the FCC crystal structure.Chap 2 Bonding in Solids1.1. Compute the cohesive energies for monatomic crystals of atoms bondstogether by the Lennard-Jones potential U(r) given in Eq.(2.3). Express thecohesive energy, c H ∆(0K) = n (atoms)(CN/2))(0r U , in terms of the parameter ε and the equilibrium interatomic distance r 0 in terms of the parameter σ. Here n (atom) is the concentration of atoms and CN is the coordination number. Carry out the calculations for the SC, BCC ,and FCC crystal structures. Eq.(2.3): ])()[(4)(612612rr r C r B r U σσε-=-+= 1.2. Given the following lattice constants for crystals with the NaCl crystalstructure, a(NaCl)=0.563nm, a(KCl)=0.629nm, a(NaF)=0.462nm, and a(KF)=0.535nm, show that these data are not sufficient to obtain a self-consistent set of ionic radii for the Na +, K +, Cl -, and F- ions .Why is it not possible to determine a completely self-consistent set of radii from the data given?1.3. Use the cohesive energy c H ∆ (see below)o f cubic β-SiC with the zincblendecrystal structure to determine the bond energy E (Si-C).1.4. Calculate the potential energy U of an anion-cation(Na +-Cl -) pair resultantingfrom their mutual Coulomb attraction and then compare the result with the cohesive energy c H ∆ of NaCl listed in the above Table. The lattice constant of NaCl is a = 0.563 nm .(Hint: Take into account the fact that each Na + ion in NaCl interacts with six NN Cl - ions, and vice versa.)1.5. In the structural change from BCC a-Fe to FCC r-Fe at T=912℃ thelattice constant change from a(BCC)=0.290nm to a(FCC)=0.364nm. Assuming that the Fe atoms act as hard spheres, which is more nearly constant in a-Fe and r-Fe ---the radius r met or the atomic volume V met ?3、Diffraction and Reciprocal Lattice3.1 Prove that ∑Rexp(iq·R)=0, where {R} is a set of Bravais lattice vectors andq (≠0)lies within the primitive unit cell of the reciprocal lattice. Also prove the orthogonality identity appearing in Eq.(3.12):G G WS G G i WS V dr e ''-=⎰,)(δ3.2 Find the Fourier coefficients Vn for the periodic functions)/2sin()(a x A x V π= and )/2cos()(a x B x V π=.3.3 Prove that the plane defined by the equation G·r = A lies a distance d=A/Gform the origin and that the normal to the plane is parallel to ∧G .3.4 Use the results of Problem 3.3 to generate formulas for the bounding planesof the first Brillouin zones for the FCC, BCC, and HCP crystal structures. 3.5 Determine the structure factor for the basis, Φ(q), defined in∑=Φj iqs j j eq f q )()(, for the cubic ZnS, CsCl, and NaCl crystal structures.3.6 Draw the x-ray ring patterns produced by diffractions from powders for theSC, FCC, BCC, and diamond crystal structures.3.7 Given an amorphous solid in which each atom has an electron densitydescribed by n(r)=A exp(-2r/a) and the pair distribution function is the unit step function g(r) =Ө(r-b), find the expected scattering intensity.3.8 Sketch the Wigner-Seitz cell for the HCP crystal structure.3.9 Find the distances from the center of the Wigner-Seitz cells for theBCC,FCC.3.10 The primitive translation vectors of the hexagonal lattice can be written as∧∧+=2231a j a i u , ∧∧+-=2232a j a i u , ∧=k c u 3(a) Show that the fundamental translation vectors of the reciprocal lattice aregiven bya j a i g ππ2321∧∧+= , a j a i g ππ2322∧∧+-= , ∧=k c g π23 (b) Describe and sketch the first Brillouin zone of the hexagonal lattice.(c) Prove that the perpendicular distance d(hkl) between adjacent parallel planes in the hexagonal lattice is222223)(41)(c l a k hk h hkl d +++=[Hint: Use )(/2)(hkl G hkl d π=.]3.11 Find the shortest G(hkl) for (a) the BCC crystal structure, and (b) the FCCcrystal structure.Chap 4 Order and Disorder in Solids4.1 Take a small box or cylindrical container and measure its volume. Pourmarbles or ball bearings into the box until it is full. Determine the volume occupied by the sphere. Compute the packing fraction. Repeat the experiment several times and average the results. Compute your result with the packing fraction for FCC and HCP, BCC, SC, and the value 0.64obtained for the random packing of hard spheres.4.2 Draw sketches of the two-atom Frenkel pair interstitial configurationsknown as “dumbbells ” in both FCC and BCC metals.4.3 Consider the equilibrium concentration of Frenkel defects in a solid. (a) Derive the value of N L (V) given in Eq.(4.7) ( ]2)()(exp[)]()([)(2/1Tk A G V G V N A N V N B I L I L L +-=]2)()(exp[)(2/1T k V G V G N N B I LI L +-≈) by first setting N L (A) = N L (V) in Eq.(4.6) and then minimizing the resulting Gibbs free energy with respect to NL(V).Eq.(4.6):)()()()()0(A G A N V G V N G G I I L L ++≈)(ln )()](ln[)]([ln {V N V N V N N V N N N N T k L L L L L L L L B -----)}(ln )()](ln[)]([ln A N A N A N N A N N N N I I I I I I I I ----+(b) Repeat the derivation using Lagrange multipliers to enforce the constraintsof Eq.(4.4)( )()(V N A N N L L L +=, )()(V N A N N I I I +=).4.4 Consider a monatomic solid consisting of N atoms. Determine thenumber of ways, W, that n of the atoms may be removed to form n vacancies. Compute the entropy, given by S=k B lnW. For the SC, BCC, and FCC crystal structures, compute the entropy for forming NN vacancies.4.5 Consider a one-dimensional monatomic solid with N atoms and N L (V)vacancies at temperature T>0K. Show that the fractional vacancy concentration n v (T)=N L (V)/N is given approximately by00//a a l l n v ∆-∆≈. Here l 0=Na 0 is the length of the solid at T=0 K, l ∆ is the change in length, a 0 is the lattice constant of T = 0 K, and a ∆ is the change in the lattice constant. (Hint: Write the change of length as vacancies thermal l l l l l ∆+∆=-=∆0)。

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