材料的热容(可直接使用).ppt

高温和低温时，电子热容不能够忽略
合金成分的影响
合金的热容是每个组成元素热容与其质量百分比的 乘积之和。
C X 1C1 X 2C2 ... X nCn X i Ci
i 1 n
适用于金属化合物、金属与非金属的化合物，但对铁磁 合金不适用。
相变的热容变化
熔化和凝固 一级相变和二级相变 亚稳态组织转变
Q H CP T T P P
低温时，两者相差不大；
高温时Cp > Cv，为什么？
定压热容
比热容：1 kg 物质的热容，它与物质的本性有关。
等压比热容 等容比热容
在固体材料研究中，通常使用摩尔热容。
第一节 材料的热容
人们对热的物理本质的认识 热容、比热容 晶态固体的热容 热容的影响因素 现代热分析技术及其应用
热力学第零定律示意图
意义: 热力学第零定律的重要性在于它给出了 温度的定义和温度的测量方法。
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热究竟是什么？
热量传递的三种方式：
热传导
热对流 热辐射
热本质上是能量的一种形式，
是由分子的无规则运动引起的。
热量传递的基本方式
热的本质？
热是晶格（或组成材料的分子）振动的一种表现形式。
温度的高低衡量了晶格振动的剧烈程度。
热力学Байду номын сангаас大定律
第一定律：能量守恒定律
第一类永动机不可能 迈尔、焦耳、亥姆霍兹
第二定律：熵增加定律
第二类永动机不可能
克劳修斯、开尔文
第三定律：绝对温标 第零定律：热平衡定律
能斯特
福勒
热力学第零定律：1930年福勒等人提出
内容: 若两个热力学系统中的每一个都与第三 个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它 们彼此也必定处于热平衡。这一结论称做 “热力学第零定律”。

CmV=3R
CmVT3（德 拜关系）
(0-5K) ：CmVT （电子为主）
以铜为例
2. 合金的热容 固溶体或化合物的热容服从 奈曼－考普(Neumann-Kopp)定律
C=pC1+qC2 p和q：组成原子的百分数；C1和C2为其原子热容
原因是原子在合金中的热振动能几乎与在单质中 相同。但上述规律在低温下不适用
优点：需要 的样品少且 制备容易， 可对热学参 数进行准确 的定量。
8. 2 材料的热传导 (Thermal conductivity of materials)
8. 2. 1 热传导的宏观现象 (Macro characters of thermal
conductivity)
导热：材料中的热量自动从热端传向冷端的现象
非稳态时，材料各点的温度是时间的函数。
例：不考虑材料与外界的热交换，则热端温度逐
渐降低，冷端温度逐渐升高，各点的温度梯度不
断变化，到平衡时趋于零。
对非稳态传热，有
T t
kt dcp
2T x2
其中d和cp分别为材料的密度和等压比热容。
定义 k t 为导温系数（热扩散率），反映非
dc p
稳态传热时的温度变化速率，则有
p=pvpx
J
CV pvp2xp
dT dx
根据能量均分定理有
vp2x
1 3
vp2
其中
v
2 px
为
v
2 px
的平均值，v p
为声子的平均速度
又平均自由程 p vpp
所以
J13CV pvpp
dT dx
由热流密度的定义
J
kt
dT dx
知声子导热系数 ktp 13CVpvpp

1.2.2 晶态固体热容的量子理论回顾
普朗克提出振子能量的量子化理论。质点的能量 都是以 hv 为最小单位.
式中,
＝普朗克常数，
＝普朗克常数， = 园频率。
根据麦克斯威—波尔兹曼分配定律可推导出， 在温度为T时，一个振子的平均能量为:
将上式中多项式展开各取前几项，化简得：
在高温时，
所以
即每个振子单向振动的总能量与经典理论一致。 由于1mol固体中有N个原子，每个原子的热振动自 由度是3，所以1mol固体的振动可看做3N个振子的 合成运动，则1mol固体的平均能量为：
1.1 概述
热学性能的主要应用：
（1）微波谐振腔、精密天平、标准尺、标准电容等 使用的材料要求的热膨胀系数低； （2）电真空封装材料要求具有一定的热膨胀系； （3）热敏元件要求尽可能有高的热膨胀系数； （4）工业炉衬、建筑材料、以及航天飞行器重返大 气层的隔热材料要求具有优良的隔热性能； （5）晶体管散热器等要求优良的导热性能„„
微分热分析：测定试样温度随时间的变化率。
1.2.6 热分析应用实例 1、建立合金的相图 2、热弹性马氏体相变 的研究 3、有序－无序转变的 研究 4、钢中临界点分析
本节重点掌握内容：
1、热容的德拜模型及其局限性 2、热容随温度的变化规律 3、热分析方法在相变、有序-无序转变的应用
1.3 材料的热膨胀
4、热分析测定法
热分析法分为普通热分析、示差热分析和微分热分析
普通热分析：利用加热或冷却过程中热效应所产生的 温度变化和时间关系的一种分析技术。
示差热分析：利用示差热电偶（由两对热电偶互相串 联、极性反接而成，取得热电偶两热端的温差电势） 测定待测试样和标准温差而得到的。（示差热分析仪 DTA和示差扫描量热计DSC）

“水的比热容大〞这一特点 在人们的日常生活和生产中 具有重要的意义。
用水作制冷剂或作为取暖剂。
2、气候与热污染。
新疆有句谚语：
“早穿皮袄午穿纱 怀抱火炉吃西瓜”
你能说出它的道理！
铝的比热容:c=0.88×103 J／(kg·℃)
比热容c
0.88×103 J／(kg·℃)
质量m 升高△t
1kg
1℃
3。单位： 焦每千克摄氏度 J/(Kg·℃〕
4.水的比热容:4.2×103 J／(kg·℃) 含义:质量为1Kg的水,温度升高1 ℃所吸收 的热量为4.2×103 J
有关。
质量、温度变化
3 、单位
单位: J／(kg ·℃) 读作：焦耳每千克摄氏度
4、物理意义 比热容在数值上等于单位质量的某种物质在温度
升高〔或降低〕1℃时所吸收〔或放出〕的热量。
水的比热容：C水＝4.2×103 J／(kg ·℃) 表示：1千克的水在温度升高1 ℃时所吸收的热量为
4.2×103 J。
猜一猜
物体吸收热量的多少除了与物体的质量、 物体升高的温度有关外,还可能与其他的什 么因素有关?
不同物质,当它们质量相同、让它们升高 相同的温度时，比较它们吸收的热量是否相同?
一。比热容：
1。定义：
单位质量的某种物质温度升高(降低〕1℃所吸收 〔放出〕的热量，叫做这种物质的比热容。
2。表示符号： 用符号 c 表示
D ．单位质量的某种物质温度升高1℃吸
收的热量越少，比热就越小
海陆风的形成
海洋为何对气候具 有调节作用
想一想
Ｑ＝Ｃm·Δt
不同时刻，为什么沙子和海水的温度不同？
一、比热容 1、定义 2、单位 3、特点