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1．1.晶格振动热容，热膨胀，热传导等热学性能都与晶格振动相关。
相邻原子的相位差：ak. a 为晶格常数，K 为相位差常数（波数/波矢）。
热激发时，每个原子在平衡位置附近振动，会通过邻近原子以行波的形式在晶体内传播，这种波称为格波格波: λ=2π/K ，v=w/KK ∈（-π/a, π/a ）——>布里渊区——>保证Xn 单值性①波矢K 取值的有限性格波的特性 ②存在色散关系：当λ>>a ，晶格可看成连续介质，格波可看成弹性波 K 很大时，波长很短，介质不能看成连续③波矢取值的分立性周期性边界条件：边界对内部原子振动状态的影响。
声子：把量子化的格波看成的某种微粒。
晶格振动能量=∑各声子的能量一维复式格子与一维单式格子的不同点是一个波矢对应两个独立的频率，存在两种色散关系。
波矢K 的取值需要限制在[-π/2a ，π/2a]之间，这个范围就是一维双原子链的布里渊区 w1:K=+π/2a w1max=1/2m β；K=0，w1min=0.w2:K=+π/2a w2min=2/2m β；K=0，w2max=)21/()212m m m m +（β.=u /2β u 为折合质量ω2：处于光频范围(红外区)，光频支或光频波ω1：以声波形式出现的驻波，声频支或声频波声学波与光学波的区别。
前者是相邻原子的振动方向相同，波长很长时，格波为晶胞中心在振动，可以看作连续介质的弹性波；后者是相邻原子的振动方向相反，波长很长时，晶胞中心不动，晶胞中的原子作相对振动(ω1)max 和(ω2)min 之间的频率区间不存在格波，故称为“禁止”频率（或能量）区。
质量比（M/m ）愈大，两支波之间频率间隙Δω愈宽一维单原子晶格： N 个原子组成，晶胞数为N ，波矢K 可取N 个不同值，自由度共有N 个(每个原子的自由度是1 )有N 个晶格振动频率（1个波矢K 对应1个振动频率）一维双原子晶格： 2N 个原子组成，晶胞数为N ，波矢K 可取N 个不同值，自由度共有2N 个(每个晶胞的自由度是2 )有2N 个晶格振动频率（1个波矢K 对应2个振动频率）因此有：晶格振动波矢数= 晶体所包含的原胞数晶格振动频率数= 晶体自由度数在恒压加热过程中，物体除温度升高外，还要对外界做功，所以温度每提高1K需要吸收更多的热量，即CP > CV,固体热容与晶格振动有关。
§1 材料物理性能1.1 热学性能1.1.1 热容热容是表征材料从周围环境吸收并储存热量的能力，可以用每一摩尔物质温度每升高1K时所吸收的热量来表示，单位为：J/mol/K。
定压热容Cp ：Cp = dQ/dT (p=p0)定容热容Cv ：Cv = dQ/dT (v=v0)1.1.2 热传导热传导是表征材料传热能力大小的，用热传导率λ表示，单位为W/m/K:q = -λdT/dx式中，q ------ 单位时间内流过垂直于热流方向的单位面积的热量，单位为W/m2；dT/dx ------ 温度梯度，单位为K/m。
热传导的本质是由于温差而发生的材料相邻部分之间的能量迁移，可以通过三种方式进行：自由电子传导、晶格振动传导和分子或链段传导。
金属材料的热传导主要是通过自由电子在晶体中的自由迁移实现的，因此具有较高的热导率，约为20-400 W/m/K。
无机非金属材料主要是通过离子键、共价键结合，电子迁移困难，其热传导主要通过晶格振动实现，一般热导率低，约为2-50 W/m/K，是良好的绝热材料。
玻璃的原子排列远程无序，因此热导率更低。
高分子材料的传热主要是通过分子或链段的振动实现，速度慢，因此其热导率更低。
1.1.3 热膨胀系数热膨胀系数是用来表征材料热胀冷缩特性的，其定义为：温度变化1K时材料单位长度（线膨胀系数αl）或单位体积（体积膨胀系数αv）变化量,单位为1/K：αl = (dl/dT)p/lαv = (dv/dT)p/v对于各向同性材料，αv=3αl 。
热膨胀系数主要取决于原子（或分子、链段）之间的结合力，结合力越大，则热膨胀系数越小。
无机非金属材料原子间结合力大，热膨胀系数最小,约0.5-15 /106K；金属材料次之，约为5-25 /106K；高分子材料以分子间力结合，结合力小，有很大的热膨胀系数，约为50-300 /106K。
在温度作用下，材料热膨胀系数的巨大差异往往会引起很大的应力，从而导致材料界面开裂，材料失效。
热传导与材料的导热性导语：热传导是热能在物质中传递的过程，材料的导热性则决定了热量如何在材料中传导。
在本文中，我们将讨论热传导的基本原理以及影响材料导热性的因素。
一、热传导的基本原理热传导是热量通过物质内部的分子碰撞而传递的过程。
它遵循热梯度的方向，即热能从高温区域传递到低温区域。
这种传递是通过固体、液体和气体中的颗粒之间的相互作用实现的。
热传导是一个复杂的过程，主要由三种方式实现：导热、传导和辐射。
导热是固体材料中的分子或原子之间的直接碰撞传递能量。
传导是液体和气体中的分子通过碰撞将热能传递给相邻的分子。
而辐射则是指通过电磁波的辐射传递热能。
二、影响材料导热性的因素材料的导热性能受多种因素的影响，下面将介绍其中几个重要的因素。
1. 材料的热导率热导率是一个衡量材料传导热量能力的物理量。
热导率越高，表明材料越容易传导热量。
导热性能好的材料通常具有较高的热导率。
2. 材料的密度密度是指材料的质量与体积之比。
通常情况下，密度越大的材料，其导热性能越好。
因为大部分情况下，密度较大的材料具有更多的原子或分子，这样可以增加热量传递的效率。
3. 材料的热容量热容量是指物质在温度变化下吸收或释放的热能量。
热容量越高，材料对热量的吸收和释放能力就越强，同时也能更好地传导热量。
4. 结构和组成材料的结构和组成也会影响其导热性能。
晶体结构的材料通常具有较好的导热性能，因为固定的结构可以提供更好的热传导通道。
此外，元素的选择和分子的排列方式也会对导热性产生影响。
三、导热材料的应用领域导热材料在现代科学技术中有着广泛的应用。
以下是一些例子：1. 热散热器导热材料常用于制造散热器，以帮助电子设备和机械设备散发多余的热量。
高导热性能的材料可以有效地从热源中吸收热量，并将其传递到更大的表面积上，以加快热量的散发。
2. 建筑领域在建筑领域，导热材料被用于隔热材料和保温材料的制造，以提高建筑物的能源效率。
通过选择低导热率的材料，可以减少能量的损失，并改善建筑物的保温性能。
导热率K是材料本身的固有性能参数，用于描述材料的导热能力，又称为热导率，单位为W/mK。
这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的，只是跟材料本身的成分有关系。
不同成分的导热率差异较大，导致由不同成分构成的物料的导热率差异较大。
单粒物料的导热性能好于堆积物料。
稳态导热：导入物体的热流量等于导出物体的热流量，物体内部各点温度不随时间而变化的导热过程。
非稳态导热：导入和导出物体的热流量不相等，物体内任意一点的温度和热含量随时间而变化的导热过程，也称为瞬态导热过程。
导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,°C）,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量，用λ表示，单位为瓦/米·度导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。
非晶体结构、密度较低的材料，导热系数较小。
材料的含水率、温度较低时，导热系数较小。
通常把导热系数较低的材料称为保温材料(我国国家标准规定，凡平均温度不高于350℃时导热系数不大于0.12W/(m·K)的材料称为保温材料），而把导热系数在0.05瓦/米摄氏度以下的材料称为高效保温材料。
导热系数高的物质有优良的导热性能。
在热流密度和厚度相同时，物质高温侧壁面与低温侧壁面间的温度差，随导热系数增大而减小。
锅炉炉管在未结水垢时，由于钢的导热系数高，钢管的内外壁温差不大。
而钢管内壁温度又与管中水温接近，因此，管壁温度（内外壁温度平均值）不会很高。
但当炉管内壁结水垢时，由于水垢的导热系数很小，水垢内外侧温差随水垢厚度增大而迅速增大，从而把管壁金属温度迅速抬高。
当水垢厚度达到相当大（一般为1~3毫米）后，会使炉管管壁温度超过允许值，造成炉管过热损坏。
对锅炉炉墙及管道的保温材料来讲，则要求导热系数越低越好。
一般常把导热系数小于0。
8x10的3次方瓦/（米时·摄氏度）的材料称为保温材料。
例如石棉、珍珠岩等填缝导热材料有:导热硅脂、导热云母片、导热陶瓷片、导热矽胶片、导热双面胶等。
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《材料物理性能》思考题第一章热学性能1.1概述1、材料的热学性能包括热容、热膨胀、热传导和热稳定性等。
2、什么是格波？答：由于晶体中的原子间存在着很强的相互作用，原子的微振动不是孤立的，原子的运动状态（或晶格振动）会在晶体中以波的形式传播，形成“格波”。
3、若三维晶体由n个晶胞组成，每个晶胞中含有s个原子，则晶体中格波数为3ns个，格波支数为3s个。
4、受热晶体的温度升高，实质是晶体中热激发出的声子数目的增加。
5、举例说明某一材料热学性能的具体应用。
1.2热容1、什么是比热容和摩尔热容（区分：定压摩尔热容和定容摩尔热容）？答：比热容(c):质量为1kg的物质在没有相变和化学反应条件下温度升高1K所需要的热量答：摩尔热容(cm)：1mol物质在没有相变和化学反应条件下温度升高1K所需要的热量3、固体热容的经验定律和经典理论只适用于高温，对低温不适用！4、由德拜模型可知，温度很低时，固体的定容摩尔热容与温度的三次方成正比（德拜T3定律）。
5、金属热容由晶格振动和自由电子两部分贡献组成6、自由电子对热容的贡献在极高温和极低温度下不可忽视，在常温时与晶格振动热容相比微不足道！7、一级相变对热容的影响特征是什么？答：在相变温度下，热焓发生突变，热容不连续变化。
8、影响无机材料热容的因素有哪些？答：温度，键强，弹性模量，熔点9、对于隔热材料，需使用低热容（如轻质多孔）隔热砖，便于炉体迅速升温，同时降低热量损耗。
10、什么是热分析法？DTA、DsA和Tg分别是哪三种热分析方法的简称？举例说明热分析1法的应用。
答：热分析法：在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一种技术。
电导率：当施加的电场产生电流时电流密度正比于电场强度，其比例常数即电导率。
超导：在一定的低温条件下，金属突然失去电阻的现象。
电介质：在电场作用下能被极化的物质，通常是指电阻率大于1010Ω·cm的一类在电场中以感应而并非传导的方式呈现其电学性能的材料。
正压电效应：晶体受机械力作用时，一定方向的表面产生束缚电荷（正负电荷中心不重合），其电荷密度大小与所加应力成线性关系。
逆压电效应：晶体在外电场激励下,某些方向产生形变的现象，形变与电场强度成线性关系。
电致伸缩:电介质在外电场的作用下,发生尺寸变化即产生应变现象,起应变大小与所加电压的平方成正比。
相对电导率:把国际标准退火铜在20℃时的电导率（电阻率为0．017241Ωmm2/m，电导率为58．0M S/m）作为100%，其他材料与此导电率的比值（百分数).热焓：等压过程中，质量为m的物体从0K升高到T时所需的热量。
平均热容：单位质量的物质在没有相变、没有化学反应的情况下每升高一度所需热量。
真实热容：物体吸收或放出的热量在数值上等于物体的焓变。
定压热容：等压条件下单位质量的物质在没有相变、没有化学反应的情况下每升高一度所需热量.定容热容：等容条件下单位质量的物质在没有相变、没有化学反应的情况下每升高一度所需热量。
摩尔热容：1mol物质在没有相变、没有化学反应的情况下每升高一度所需热量。
热传导:由于材料相邻两部分间的温差而发生的能量迁移与传递。
热电性：在金属导体组成的回路中，存在温差或通以电流时，会产生热与电的转换效应。
K状态：回火过程中发现含过渡族合金的电阻有反常升高（其他物理性能，如热膨胀效应、比热容、弹性、内耗等也有明显变化）。
冷加工时发现合金的电阻率明显降低。
托马斯(Thomas）最早发现这一现象,并把这一组织状态称为K状态。
不均匀固溶体:由x射线分析可见,固溶体中原子间距的大小显著地波动,其波动正是组元原子在晶体中不均匀分布的结果，所以也把K状态称之为“不均匀固溶体"。
<<材料物理性能>>基本要求一，基本概念：1.摩尔热容: 使１摩尔物质在没有相变和化学反应的条件下，温度升高1K所需要的热量称为摩尔热容。
它反映材料从周围环境吸收热量的能力。
2.比热容：质量为1kg的物质在没有相变和化学反应的条件下，温度升高1K所需要的热量称为比热容。
它反映材料从周围环境吸收热量的能力。
3.比容：单位质量（即1kg物质）的体积，即密度的倒数（m3/kg）。
4.格波：由于晶体中的原子间存在着很强的相互作用，因此晶格中一个质点的微振动会引起临近质点随之振动。
因相邻质点间的振动存在着一定的位相差，故晶格振动会在晶体中以弹性波的形式传播，而形成“格波”。
5.声子（Phonon）: 声子是晶体中晶格集体激发的准粒子，就是晶格振动中的简谐振子的能量量子。
6.德拜特征温度: 德拜模型认为:晶体对热容的贡献主要是低频弹性波的振动，声频支的频率具有0～ωmax分布,其中,最大频率所对应的温度即为德拜温度θD,即θD=ћωmax/k。
7.示差热分析法（Differential Thermal Analysis, DTA ）: 是在测定热分析曲线（即加热温度T与加热时间t的关系曲线）的同时，利用示差热电偶测定加热（或冷却）过程中待测试样和标准试样的温度差随温度或时间变化的关系曲线ΔT~T（t），从而对材料组织结构进行分析的一种技术。
8.示差扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry, DSC）: 用示差方法测量加热或冷却过程中，将试样和标准样的温度差保持为零时，所需要补充的热量与温度或时间的关系。
9.热稳定性（抗热振性）：材料承受温度的急剧变化（热冲击）而不致破坏的能力。
10.塞贝克效应：当两种不同的导体组成一个闭合回路时，若在两接头处存在温度差则回路中将有电势及电流产生，这种现象称为塞贝克效应。
11.玻尔帖效应：当有电流通过两个不同导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，还要在两接头处出现吸热或放出热量Q的现象。
