第一章 材料的热学性能..
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第一章材料热学性能内容概要:本章讲述材料的热容、热膨胀、热传导、热稳定性等方面的内容,并简述其物理本质。
主要内容和学时安排如下:第一节材料的热容重点掌握经典热容理论和量子热容理论的内容;理解温度、相变等对热容的影响;了解热容的几种测量方法,对热分析法的原理和应用要重点理解。
第二节材料的热膨胀重点掌握线膨胀系数、体膨胀系数、热膨胀的物理本质;了解热膨胀的测量方法;理解热膨胀分析方法在材料中的应用。
第三节材料的热传导掌握热传导定律;热传导的物理本质;理解热传导的影响因素。
(共6个学时)第一节 材料的热容一、热容的定义:不同的物体升高相同的热量时其温度会不同,温度升高1K 所需要的能量定义为热容: ∆T ∆=Q C 定容热容:如果在加热过程中,体积不变,则所提供的热量全部用于粒子动能(温度)的增加,用Cv 表示 ()V V Q C ∆=∆T定压热容:如果在加热过程中保持压力不变,则物体的体积自由膨胀,这时所提供的热量一部分用于升高体系的温度,一部分用于体系对外做功,用Cp 表示()()V V V Q U P V U C T ∆∆+∆∆===∆T ∆∆T ()()()()()P P P P P P Q U P V U V H C P T T T∆∆+∆∆∆∆===+=∆T ∆∆T ∆∆ T c m H =c 为0-TK 时平均比热容,即质量为1Kg 的物质在没有化学反应条件下,温度升高1K 时所需的热量,单位为J/(Kg.K )定压热容>定容热容,一般实验测得的是恒压热容CpTQ m C P ∆∆=1 即在T T T -+∆温度范围内的平均热容: 当0T ∆→时,P C 即可认为是TK 时的热容dTdQ m C P 1= 摩尔恒压热容:1mol 物质在没有化学反应和相改变条件下,升高1K 所需的能量,用C pm 表示 摩尔恒容热容:KT V v C C m Vm Pm 2∂=- M C C P Pm =(M 为摩尔质量)二、热容理论实验发现:在不发生相变条件下,多数物质的热容Cv 在高温下,逐于一恒定值;低温区3V C T ∝;0T →时,0V C =。
材料的热学性能
材料的热学性能是指材料在热学方面的特性和性能,包括热传导、热膨胀、比热容等。
热学性能对于材料的选择、设计和应用具有重要意义。
在工程领域中,热学性能的优劣直接影响着材料的使用效果和性能表现。
首先,热传导是材料的重要热学性能之一。
热传导是指材料内部热量传递的能力,也可以理解为热量在材料内部的传播速度。
热传导系数是衡量材料热传导性能的重要参数,通常用λ表示。
热传导系数越大,材料的热传导性能越好,热量传递速度越快。
金属材料通常具有较高的热传导性能,而绝缘材料则具有较低的热传导性能。
其次,热膨胀是材料的另一个重要热学性能。
热膨胀是指材料在温度变化时的尺寸变化情况。
一般情况下,材料的热膨胀系数随着温度的升高而增大。
热膨胀性能对于材料在温度变化环境下的应用具有重要影响,尤其是在高温或低温环境下的工程应用中更为显著。
此外,材料的比热容也是其重要的热学性能之一。
比热容是指单位质量材料升高1摄氏度温度所吸收的热量。
比热容越大,材料的热稳定性越好,对温度变化的适应能力越强。
在工程设计中,通常会根据材料的比热容选择合适的材料,以满足工程的热学性能要求。
总的来说,材料的热学性能直接关系到材料的使用效果和性能表现。
在工程实践中,对于不同的工程应用,需要根据具体要求选择具有合适热学性能的材料,以确保工程的稳定性和安全性。
因此,对于材料的热学性能的研究和应用具有重要的意义,也是材料科学领域的重要研究方向之一。
材料物理性能第一章材料热学性能一(热容的定义,热容的来源以及热容随温度的变化规律热容:是问题温度每升高1K,物质所需要增加的能量被称为热容。
热容的来源:温度升高导致原子热振动加剧,点阵离子振动以及体积膨胀需要向外做功,同时自由电子对热容也有贡献,但只在温度极端的情况下才发生。
热容随温度的变化规律:热容反映了材料从周围环境吸收能量的能力,不同温度时,热容不同。
定容热容与定压热容有相似规律。
当温度较高时,定压热容变化趋势平缓当温度较低时,定压热容与T3成正比;当温度趋于0K时,定压热容与T成正比;当温度等于0K是,定压热容也等于0K。
二(热容的德拜模型以及其局限性答:晶格点阵结构对热容的作用主要表现在弹性波的振动上,即波长较长的声频支的振动在低温下起主导作用,由于声频支的波长大于晶格常数,故可以将晶格看成是连续的介质,声频支也可以看成是连续的具有0-Wmax的谱带的振动。
由此,可导出定压热容的公式:Cv,m=12/5π4R(T/θD)3由此公式可得:1)当温度大于德拜温度时,即处于高温区,定压热容=3R,与实验结果相符合;2)当温度小于德拜温度时,定压热容与T3成正比,比爱因斯坦模型更接近于实验结果;3)当温差极低时(趋近于0K时),定压热容趋近于0,大体与实验结果相符。
德拜模型的局限性:因为德拜模型把晶格点阵考虑成连续的介质,故对于原子振动频率较高的部分并不适用,故德拜模型对于一些化合物的计算与实验结果不相符;2)对于金属类晶体,忽略了自由电子的贡献,所以在极端温度条件下与实验结果不符;3)解释不了超导现象。
三(热膨胀的定义及其物理机制热膨胀:热膨胀是指随着温度的升高,材料发生体积或者长度增大的现象。
热膨胀的物理机制:随着温度的升高,晶体中的的原子振动加剧,相邻原子之间的平衡间距也随温度的变化而变化,因此温度升高产生热膨胀的现象。
四(热膨胀与其他物理量之间的关系。
热膨胀是原子间结合力的体现,原子间的结合力越大,热膨胀系数越小。