材料物理性能-第二讲-材料的热熔doc资料.ppt

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1、材料物理性能-第二讲-材料的热熔在空间科学技术中的应用现代空间科学技术往往要求材料在变温条件，甚至在极端温度条件下工作。如空间飞行器从发射、入轨以后的轨道飞行直到再返回地球的过程中，要经受气动加热的各个阶段，都会遇到超高温和极低温的问题，必须要有“有效的隔热与防热措施”，这有赖于对其热过程进行热分析和热设计，导热系数、比热、导温系数、热发射率、热膨胀系数和粘度等则是热计算和热设计的关键参数，也是研制、评价和优选所用隔热和防热材料的主要技术依据。在能源科学技术中的应用i) 保温材料的优选和保温材料结构的优化设计。ii

2、)远红外加热技术，以获得最佳的能量利用率。iii) 太阳能的利用：要求尽可能多地吸收太阳辐射，并且要最大限度地抑制集热器本身的热损。在电子技术和计算机技术中的应用i) 在超大规模集成电路（容量和密集度迅速增大）中，要求集成块的基底材料导热性能优良。ii) 彩电等多种电路中广泛应用的大功率管，其底部的有机绝缘片，为了散热而要求具有良好的热导性。请思考对于同等质量的砂子和水，砂子的升降温速度比水要快一些？如何衡量物体升降温的快慢？什么是热容？什么是热容？热容表示的是一个物体容纳热量的能力，即吸收热能使之转化为内能的能力

3、。我们常用水位升高一定高度需要多少水表征瓶子的容量。本章内容热容热膨胀热传导热稳定性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无机材料金属材料1.人们对热的物理本质的认识中国古代，金、木、水、火、土五行学说。西方18世纪以前，热质说，认为热是一种物质。1798年，伦福德、戴维等发现摩擦生热，彻底摧毁了热质说。19世纪，焦耳通过一系列实验证明了热是同大量分子的无规则运动相联系的。提出能量守恒定律，即热力学第一定律。1900年，普朗克解释黑体辐射现象，提出热量

4、是量子化的。1912年，能斯特提出了热力学第三定律，热学理论完整地建立起来。支持者：培根、拉瓦锡、拉普拉斯等。热力学四大定律第一定律：能量守恒定律第二定律：熵增加定律第三定律：绝对温标第零定律：热平衡定律迈尔、焦耳、亥姆霍兹克劳修斯、开尔文能斯特福勒第一类永动机不可能第二类永动机不可能热力学第零定律：1930年福勒等人提出热力学第零定律示意图内容: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”。意义:热力学第零定律的重要性在于它给出了

5、温度的定义和温度的测量方法。11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。声子就是指格波的能量量子，它的能量等于h。一个格波，也就是一种振动模，称为一种声子。晶格振动以弹性波（格波）的形式在材料内传播。当温度不太高时，原子的振动可看作“谐振子”。能量为En=（式中n=0,1,2,…,）声频支、光频支声频支：振动着的质点中包含频率低的格波，质

6、点彼此之间的位相差不大。可以看成相邻原子具有相同的振动方向。光频支：格波中频率高的振动波，质点间的位相差很大，邻近质点的运动几乎相反，频率往往在红外光区。可以看成相邻原子具有相反的振动方向。声频支光频支格波中的两类：低频波与高频波。反映晶格原子的整体运动反映晶格原子的相对运动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2.热容、比热容热容：比热容：在没有相变和化学反应的条件下，材料温度升高1K时所吸收的热量。定容热容定压热容1kg物质的热容，它与物质的本性有

7、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。低温时，两者相差不大；高温时Cp>Cv，为什么？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3.晶态固体的热容（晶格热振动）晶格热容固体的热容（电子的热运动）电子热容元素热容定律——杜隆-伯替定律恒压下元素的原子热容为25J/(mol·K)。化合物定律——奈曼-柯普定律化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。经验定律晶态固体热容的经典理论经典理论或经验定律在低温阶段完全不能适用，需用量子理

8、论解释。能量均分定理：把每个原子当作一个三维的独立简谐振子，三个方向的振动能量完全相同。金属铜的摩尔热容-温度曲线CV,mOCuⅠⅡⅢT修正模式——量子理论根据麦克斯韦-玻尔兹曼定律，一个振子的平均能量为：取前几项，化简得在高温时，1mol固体的平均能量为所以，固体的摩尔热容为要想求得，必先知道爱因斯坦模型德拜模型爱因斯坦模型假设：把晶体点阵上的每个原子都看