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第0章 机电一体化中电子的作用 19

第1章 真空中的电子 19

1．1 对静止的电子作用的力 19

1．1．1 摩擦起电 19

1．1．2 电子间作用力的关系(库仑定律) 21

1．1．3 对电子产生作用力的电环境(电场) 22

1．2 对运动的电子作用的力 25

1．2．1 电子流(电流、电子束) 25

1．2．2 电子流产生的磁环境(磁场) 26

1．2．3 运动的电子也受磁场的作用力(洛伦兹力) 28

1．3 电子束的弯曲(偏转)和电子透镜 29

1．3．1 电场作用下电子束的弯曲(静电偏转) 29

1．3．2 磁场作用下电子束的弯曲(电磁偏转) 30

1．3．3 用磁场约束电子束的扩展(箍缩效应) 31

1．3．4 电子束透镜 32

1．4 真空管 33

1．5 电子的波和绕射(衍射现象) 35

1．5．1 电子行为的二重性(粒子性和波动性) 35

1．5．2 波的绕射(衍射现象) 37

1．5．3 电子行为的描述(波动方程和波函数) 39

1．5．4 电子的运动状态不变的情形(定态) 41

第2章 组成原子/分子/固体的电子 43

2．1 最简单的原子(氢)的结构 43

2．1．1 电子的圆周运动(玻尔模型) 43

2．1．2 决定电子运动状态的量(量子数) 47

2．2．1 一个状态中只能容纳一个电子(泡利不相容原理) 48

2．2 原子内多电子的运动状态(能级) 48

2．2．2 原子的周期性质 51

2．3 脱离原子轨道的电子(价电子)和离子的性质 52

2．4 原子的集合体——从分子到固体 53

2．5 原子间的作用力(原子间力) 55

2．5．1 通过价电子的移动产生正、负离子(离子结合) 56

2．5．2 相互共有价电子(共价结合) 57

2．5．3 价电子脱离原子后自由运动(金属结合) 58

第3章 金属/半导体中的电子 59

3．1 不考虑势的情形(自由电子模型) 59

3．1．1 封闭在箱中的电子(金属中的自由电子) 59

3．1．2 最高能级上的电子(费密能) 61

3．1．3 高温下电子的能量分布(激发态) 64

3．2 电子聚集成电子群(能带) 67

3．3 从固体逸出的电子(功函数和接触电势差) 72

3．4 自由电子的导电(金属的电导率) 75

3．5 二极管和晶体管 77

3．5．1 二极管 77

3．5．2 晶体管 80

3．6 极低温度下的完全导电性(超导) 81

3．6．1 电阻为零的状态 81

3．6．2 电子对的形成和能隙 83

3．6．3 超导隧道现象(约瑟夫逊效应) 84

第4章 固体的形变和电子 89

4．1 弹性形变的机理 89

4．1．1 价电子的总能量(内能) 89

4．1．2 形变引起的内能变化(应力-应变关系) 92

4．1．3 奇妙的弹性形变(形状记忆合金) 96

4．2 形变引起的电阻变化(电阻丝应变计) 99

4．3 电场引起的形变(压电现象) 101

4．4 磁场引起的形变(磁致应变现象) 103

4．5 超声波电子学 105

第5章 热和电子 109

5．1 电阻随温度的变化 109

5．2 电子运动引起的热传导(维德曼·弗朗茨定律) 112

5．3 电阻体中的电流产生的热(焦耳热) 115

5．4 电阻体中产生的热噪声(约翰逊噪声) 118

5．5 热的作用下从金属表面逸出的电子(热电子) 120

5．6 由温度差产生的电动势(热电偶) 123

5．7 温度变化时产生的电动势(热电效应) 127

第6章 光和电子 129

6．1 热振动产生的光辐射(黑体辐射) 129

6．2 电子能量的变化引起的发光(电致发光) 132

6．2．1 原子轨道引起的发光 132

6．2．2 放电发光 135

6．2．3 半导体的能隙引起的发光(发光二极管) 135

6．3 激励电子发光(激光器发光) 137

6．4 高速运动电子的轨道弯曲引起的发光(辐射光) 141

6．4．1 电子的圆周运动引起的发光(轨道辐射光) 141

6．4．2 利用原子势使电子轨道弯曲(电子沟道光) 144

6．5 光照引起的电阻变化 145

6．6 光照下从金属表面逸出的电子(光电效应) 147

7．1 各种能量形式及其特征 151

第7章 能量转换与电子 151

7．2 电动机和发电机 153

7．3 电磁流体泵和电磁流体发电 155

7．4 用温度差驱动电子(热电发电机) 156

7．5 迫使电子移动产生温度差(电子热泵) 159

7．6 通过化学反应驱动电子(化学电池) 160

7．6．1 化学能的转换 160

7．6．2 电子的取出(阴极反应)和获得(阳极反应) 161

7．7 通过氢的燃烧驱动电子(燃料电池) 164

7．8 太阳能电池 165

第8章 材料加工与电子 167

8．7 电解研磨和电镀 167

8．1．1 电解液中价电子和离子的移动(电化学反应) 167

8．1．2 离子的溶析(电解研磨) 169

8．1．3 离子的电解淀积(电镀) 170

8．2 放电加工 170

8．2．1 气体或液体中的放电现象 170

8．2．2 焊接、磨削及形变加工 171

8．3 高能束加工(粒子束加工) 172

8．3．1 电子束加工 172

8．3．2 激光束加工 175

8．3．3 离子束加工 176

8．4 超精细刻蚀加工(光刻技术) 178

8．5 将原子加速后打入材料(离子注入法和混合法) 180

参考文献 183

附表Ⅰ 元素周期表与电子构型 184

附表Ⅱ 物理常数表 186