第六讲扩散与相变案例
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初中物理考试常出的扩散的例子
扩散现象是指不同的物质在互相接触时彼此进入对方的现象。
以下是一些初中物理考试中常考的扩散现象的例子:
1. 打开一瓶香水,很快会闻到香味。
2. 走进花园,很远就闻到花香。
3. 抽出玻璃板后,装空气的瓶子颜色变深,装二氧化氮的瓶子颜色变浅。
4. 在清水中滴一滴墨水,墨水会自动散开。
5. 开水中放一块糖,过一会整杯水都会变甜。
6. 铅块和金块紧挨在一起五年后,彼此扩散1毫米。
7. 长期堆放煤的墙角,墙壁内较深的地方也会发黑。
8. 黑板上的字长久不擦就很难擦干净。
这些例子说明了扩散现象的本质是分子在做无规则的运动,以及分子间存在间隙。
课程教案学院:材料与能源系、所:材料科学与工程系授课教师:李力课程名称:《材料中的扩散与相变》课程学时:48学时2010年9月6日绪论教学目标或要求:《材料中的扩散与相变》是材料科学与工程、材料加工与控制等各专业一门重要技术基础课。
材料科学是研究材料的化学成分、组织结构、加工工艺与性能之间关系及变化规律的一门科学。
材料科学基础的任务是根据工程和科学技术发展的需要设计研制新型工程材料;解决材料制备原理和工艺方法,获取可供使用的工程材料;解决材料在加工和使用过程中组织结构和性能变化的微观机理,从中找出合宜的加工工艺、强化工艺和延寿措施;创新测试材料成分、组织结构和性能的方法,完善测试技术;合理地选择和使用工程材料。
本课程的主要教学目的和任务是:1、使学生在掌握固态材料中扩散与相变的基本概念及基础理论,包括材料中扩散的微观机制、宏观规律及固态相变中的驱动力、阻力、形核、长大的基础理论。
2、通过学习以上基础知识,使学生能对各种类型的扩散型相变和非扩散型相变进行分析和讨论。
3、为学生分析材料学及材料加工工程中的扩散和相变问题打下理论基础,为学生今后研究与开发新材料及材料加工新技术奠定坚实的基础。
学习本课程的目的是为后续专业课打下牢固的基础,同时为将来从事材料的研究与开发打下坚实的理论基础。
教学重点和难点1.教学重点:1. 材料热力学。
2. 扩散基础3.相及相图4.固态相变的形核、长大与粗化5.马氏体相变2.教学难点:1.材料的能量计算和分析方法,材料系统熵、焓(化学能、界面能、应变能)的计算及应用。
2. 扩散微观理论、相图热力学理论。
3.凝固理论,特别是非平衡凝固理论。
4.马氏体相变晶体学教学手段与方法:课堂讲授,结合多媒体教学。
教学内容:1.材料热力学材料热力学知识回顾及总结,包括热力学定律,焓、熵、自由能、热力学定律及重要关系。
化学热力学,包括活度、偏摩尔函数、平衡常数、热平衡方程等。
材料的能量计算和分析方法,材料系统熵、焓(化学能、界面能、应变能)的计算及应用。
第六章固体中的扩散第六章固体中的扩散扩散是物质中原⼦(分⼦或离⼦)的迁移现象,是物质传输的⼀种⽅式。
⽓态和液态的扩散是⼈们在⽣活中熟知的现象,例如在花园中漫步,会感到扑⿐花⾹;⼜如,在⼀杯净⽔中滴⼊⼀滴墨汁,不久杯中原本清亮的⽔就会变得墨⿊。
这种⽓味和颜⾊的均匀化过程,不是由于物质的搅动或对流造成的,⽽是由于物质粒⼦(分⼦、原⼦或离⼦)的扩散造成的。
扩散会造成物质的迁移,会使浓度均匀化,⽽且温度越⾼,扩散进⾏得越快。
固态扩散不像⽓态和液态扩散那样直观和明显,速度也⾮常慢,但是固态⾦属中确实同样存在着扩散现象。
许多⾦属加⼯过程都与固态扩散有关,例如,钢的化学热处理,⾼熔点⾦属的扩散焊接等。
因此,研究固体扩散具有重要的意义。
6-1 扩散定律扩散定律是由A.Fick 提出的,故⼜称菲克(Fick )定律,包括Fick 第⼀定律和Fick 第⼆定律。
第⼀定律⽤于稳态扩散,即扩散过程中各处的浓度及浓度梯度不随时间变化;第⼆定律⽤于⾮稳态扩散,即扩散过程中,各处的浓度和浓度梯度随时间发⽣变化。
⼀、Fick 第⼀定律Fick 第⼀定律是A.Fick 于1855年通过实验导出的。
Fick 第⼀定律指出,在稳态扩散过程中,扩散流量J 与浓度梯度dxdc 成正⽐: dxdc D J ?= (2.1) 式中,D 称为扩散系数,是描述扩散速度的重要物理量,它表⽰单位浓度梯度条件下,单位时间单位截⾯上通过的物质流量,D 的单位是cm 2/s 。
式中的负号表⽰物质沿着浓度降低的⽅向扩散。
前⾯已经提到,Fick 第⼀定律仅适⽤于稳态扩散,但实际上稳态扩散的情况是很少的,⼤部分属于⾮稳态扩散。
这就要应⽤Fick 第⼆定律。
⼆、Fick 第⼆定律Fick 第⼆定律是由第⼀定律推导出来的。
在⾮稳态扩散过程中,若D 与浓度⽆关,则Fick 第⼆定律的表达式为:22x c D c ??=??τ (2.2)式中的τ为时间。
这个⽅程不能直接应⽤,必须结合具体的初始条件和边界条件,才能求出积分解,以便应⽤。
扩散型相变和无扩散型相变名词解释相变是物质在一定条件下从一种状态转变为另一种状态的过程。
在相变中,物质的性质和结构都会发生改变,因此相变是物质研究中的重要课题之一。
相变可以分为很多种类,其中扩散型相变和无扩散型相变是两种常见的相变类型。
扩散型相变是指物质在相变过程中需要通过扩散来完成。
扩散是指物质中的分子或离子在空间中的自由移动。
在扩散型相变中,物质的分子或离子需要通过扩散来完成相变过程。
扩散型相变的典型例子是固态金属的熔化。
在金属熔化的过程中,金属中的原子需要通过扩散来完成熔化过程。
此外,固态晶体的溶解、气体的液化和固态晶体的晶化等过程也属于扩散型相变。
无扩散型相变是指物质在相变过程中不需要通过扩散来完成。
在无扩散型相变中,物质的分子或离子不需要通过扩散来完成相变过程。
无扩散型相变的典型例子是液态水的沸腾。
在水的沸腾过程中,水分子不需要通过扩散来完成沸腾过程。
此外,气体的升华、液态晶体的相变和超导材料的相变等过程也属于无扩散型相变。
扩散型相变和无扩散型相变的区别在于相变过程中是否需要通过扩散来完成。
扩散型相变需要通过扩散来完成,而无扩散型相变不需要通过扩散来完成。
此外,扩散型相变和无扩散型相变的物理机制也不同。
扩散型相变的物理机制是分子或离子的扩散,而无扩散型相变的物理机制则是其他因素的影响,如温度、压力等。
总之,扩散型相变和无扩散型相变是物质相变中的两种常见类型。
它们的区别在于相变过程中是否需要通过扩散来完成。
了解这两种相变类型的特点和物理机制,有助于我们更好地理解物质的性质和结构,为物质研究提供更加深入的认识。