材料物理性能期末考试复习重点(非常全,可缩印)

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1、热容是物体温度升高1K所需要增加的能量。它反映材料从周围环境中吸收热量的能力。是分子热运动的能量随温度而变化的一个物理量。不同环境下，物体的热容不同。热容是随温度而变化的，在不发生相变的条件下，多数物质的摩尔热容测量表明，定容热容C和温度的关系与定压热容有相似的规律。(1)在高温区：定压热容Cv的变化平缓；(2)低温区：Cv与T^3成正比；(3)温度接近0K时，Cv与T成正比；(4)0K时，Cv=0；热容的来源：受热后点阵离子的振动加剧和体积膨胀对外做功，此外还和电子贡献有关，后者在温度极高（接近熔点）或极低（接近0K）的范围

2、内影响较大，在一般温度下则影响很小。晶态固体热容的经验定律和经典理论：(1)元素的热容定律—杜隆一珀替定律：热容是与温度T无关的常数。恒压下元素的原子热容为25J/(k·mol)；（2）化合物的热容定律—奈曼—柯普定律：化合物分子热容等于构成该化合物各元素原子热容之和。德拜模型:考虑了晶体中原子的相互作用。晶体中点阵结构对热容的主要贡献是弹性波振动，波长较长的声频支在低温下的振动占主导地位，并且声频波的波长远大于晶体的晶格常数，可以把晶体近似为连续介质，声频支的振动近似为连续，具有0～ωmax的谱带的振动。可导出定压热容的公式

3、：由上式可以得到如下的结论：（1）当温度较高时，即处于高温区定压热容=3Nk=3R，即杜隆—珀替定律，与实验结果吻合；（2）当温度很低时，小于德拜温度时，定压热容与T^3成正比，与实验结果吻合。（3）当T→0时，CV趋于0，与实验大体相符。但T^3定律，与实验结果的T规律有差距。德拜模型的不足：（1）由于德拜把晶体近似为连续介质，对于原子振动频率较高的部分不适用，使得对一些化合物的热容的计算与实验不符。（2）对于金属类晶体，没有考虑自由电子的贡献，使得其在极高温和极低温区与实验不符。（3）解释不了超导现象。金属材料热容：a.自

4、由电子对热容的贡献：（1）低温时：热容由点阵振动和自由电子两部分的贡献组成；（2）常温时：自由电子热容远小于点阵振动热容，可忽略；（3）极低温时：电子热容起主导作用；（4）高温时：电子热容有贡献。b.合金成分对热容的影响：合金元素加入后能生成不同的相与组织，因此合金的热容取决于组成相的性质。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；可通过合金的手段改变金属材料的热容。相变时的热容变化：（1）熔化和凝固：液态金属的热容比固态的大。(2)一级相变和二极相变。一级相变：三态转变，多型性相转变。有潜热，热容趋于无穷。二极相

5、变：磁转变，有序-无序转变等。在一个温度范围内逐步完成，无潜热，热容突变。（3)亚稳态组织转变：组织转变不可逆。如不发生相变，热容和温度呈线性关系；如发生相变，热容偏离直线。亚稳态（热量高）向稳态（热量低）转变要放热，导致热容下降热膨胀：物体的体积或长度随温度升高而增大的现象。热膨胀的物理本质（机制）：当物体温度升高时，晶体中原子的振动加剧，相邻原子之间的平衡距离也随温度变化而变化，因此温度升高而发生膨胀现象。(1)膨胀系数与热容的关系：体膨胀与定容热容成正比，它们有相似的温度依赖关系。低温下随温度升高急剧增大，高温时则趋于平

6、缓；弹性模量与热容成反比。(2)膨胀系数与熔点的关系：熔点越高，原子间结合力越大，热膨胀系数与熔点成反比；(3)膨胀系数与德拜温度的关系：德拜温度越高，膨胀系数越小。原因：膨胀系数是原子间结合力的反映。原子间的结合力越大、膨胀系数越小。影响膨胀性能的因素：1.相变的影响①一级相变：有潜热、比热容无限大，体积发生突变，膨胀系数发生突变。②二级相变：无潜热，无体积发生突变，比热容和膨胀系数发生突变。2.组织成分的影响（1）形成固溶体：固溶体的膨胀与溶质元素的膨胀系数和含量有关。溶质元素的膨胀系数高于溶剂基体时，将增大膨胀系数。（2

7、）不同结构形态的物质：对于相同组成的物质，结构紧密的晶体膨胀系数大。单晶>多晶>纳米>非晶。孔隙越多，膨胀系越小。3.晶体各向异性的影响；4.铁磁性转变的影响。热传导：不同温度的物体或区域，在相互靠近或接触时，会以传热的形式交换能量（能量迁移）。温度梯度：单位长度的温度变化。矢量，方向指向温度升高。热导率：单位温度梯度下，单位时间内通过单位截面积的热量。热扩散率：对于不稳定导热过程的体系，引入热扩散率来描述体系的热传导能力和温度长随时间的变化。热传导的物理机制：热传导过程是材料内部的能量传输过程，在固体中其载体有：自由电子、声

8、子（点阵波）和光子（电磁辐射）。（1）金属导热机制：电子导热率约是声子的导热率的30倍，电子导热起主要作用。（2）半导体导热机制：电子导热和声子导热率的作用大体相当。（3）绝缘体导热机制：声子导热起主要作用。热传导的影响因素1.温度对金属热导率的影响：对金属热传导其阻挡作用的