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高考申論題 107年 [材料工程] 材料性質

第 一 題

📖 題組:
請依圖二所示,回答下列問題:
題組圖片
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

影響金屬之電阻的主要因素有那些?(6 分)

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看到圖中多條平行曲線與 $\rho_t, \rho_i, \rho_d$ 的標示,應立刻聯想到「馬提森定則 (Matthiessen's Rule)」。解題時需依圖說文,分別點出「溫度(橫軸變化)」、「雜質濃度(不同 Ni 含量)」與「晶體缺陷(變形曲線)」這三大因素,並簡述其阻礙電子傳導的物理機制。

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【破題】 依據馬提森定則 (Matthiessen's Rule) 以及圖二所示,金屬的總電阻率是由多個獨立的電子散射機制疊加而成($\rho_{total} = \rho_t + \rho_i + \rho_d$)。影響其電阻的主要因素包含以下三項: 【論述】

小題 (二)

上述各因素如何影響金屬的電阻?並說明其原因。(18 分)

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首先辨識圖表中標示的三種電阻率貢獻($\rho_t, \rho_i, \rho_d$),並連結至「馬提森法則(Matthiessen's rule)」。作答時應分點論述「溫度、雜質濃度、塑性變形」這三個因素如何從微觀物理層面(破壞晶格週期性、增加電子散射中心)影響電阻率,並結合圖表趨勢進行佐證。

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【破題】 本題圖示為銅合金的電阻率與溫度之關係,其核心物理概念為「馬提森法則(Matthiessen's Rule)」。金屬的總電阻率($\rho_{total}$)取決於傳導電子在晶格中受到的散射程度,可視為溫度熱振動($\rho_t$)、雜質($\rho_i$)與晶體缺陷($\rho_d$)所產生之獨立電阻率的總和,即 $\rho_{total} = \rho_t + \rho_i + \rho_d$。 【論述】

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