材料的热学性能.pptVIP

r0是能量的最低处，T↑,质点振动幅度↑质点振动能量↑质点离开平衡位置r0出现两个偏离间距，最终离开平衡位置的平均距离增加。因此：T↑，质点距离↑体积↑第63页，共131页，星期日，2025年，2月5日三热膨胀与其他性能的关系1热膨胀与热容热容：温度升高1K时，所增加的能量，热膨胀：材料受热，质点能量增加，引起体积增加。T↑能量↑体积↑CaTθD,C∝T3av∝T3TθD,高温下热缺陷大量生成，故α增大较显著第64页，共131页，星期日，2025年，2月5日Al2O3的比热容、线膨胀系数与温度的关系第65页，共131页，星期日，2025年，2月5日2热膨胀与熔点结合能越大，则熔点越高，而α越小。Tm——熔点VTm——熔点时的体积V0——0K时的体积格留乃申方程反映了这种相反的变化趋势第66页，共131页，星期日，2025年，2月5日热膨胀系数大小：共价晶体原子晶体离子晶体金属分子晶体第67页，共131页，星期日，2025年，2月5日1晶体结构堆积紧密，α大。多晶玻璃无定形玻璃2空旷结构的材料，α小。温度增加，热膨胀是首先膨胀在空旷间3相变伴随的点阵重构引起附加的⊿L，α∝⊿L/⊿T4相组成、合金成分：粗略符合“加和”规则。α＝∑αiΨi四影响热膨胀的因素第68页，共131页，星期日，2025年，2月5日五热膨胀系数的测定静态热机械分析法（TMA）程序控制下和非振动载荷作用下，测量式样的形变与温度的关系T△L第69页，共131页，星期日，2025年，2月5日热膨胀法确定钢相变的临界点六、热膨胀的应用组织转变附加的体积效应使膨胀曲线产生拐折。第70页，共131页，星期日，2025年，2月5日用作控制开关的双金属片钢铜T↑第71页，共131页，星期日，2025年，2月5日5.4材料的热传导一、固体材料热传导的宏观规律热传导：当固体材料一端的温度比另一端高时，热量会从热端自动地传向冷端，这个现象称为热传导。△S高温T1低温T2x△S⊥x轴温度梯度：第72页，共131页，星期日，2025年，2月5日△t时间内通过△S截面上的热量为△Q傅里叶定律：物理意义：指单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面积的热量，单位为J/(m2·s·k)或W/(m·K)。λ——导热系数第73页，共131页，星期日，2025年，2月5日气体（分子构成）分子可以在空间自由运动金属材料（正离子和自由电子构成）自由电子可以在整个金属中自由运动二、固体材料热传导的微观机理第74页，共131页，星期日，2025年，2月5日非金属材料离子晶体（离子构成）共价晶体（原子构成）自由电子很少这些质点可以在平衡位置上振动，形成格波，格波可以在整个材料中传播。第75页，共131页，星期日，2025年，2月5日当存在温度差时，高温端，质点动能增加，和邻近温度低的质点碰撞程度增加，热量开始传递给温度低的质点，依次结果，热量就从高温端传到低温端。低温高温第76页，共131页，星期日，2025年，2月5日气体材料导热——分子间直接碰撞，（导热性差）纯金属材料导热——主要是自由电子间碰撞，无机非金属材料导热——晶格振动（格波），格波分为声频支和光频支。声子导热，光子导热固体材料中热量是由自由电子、质点振动、热辐射所传递的热传导机制相应的分为三种(二)声子热导(三)光子热导(一)电子热导第77页，共131页，星期日，2025年，2月5日(一)电子热导对于纯金属，电子是自由的，导热主要靠自由电子，合金导热要考虑声子和电子导热的共同贡献。将金属中大量的自由电子看作是自由电子气，用理想气体的热导率公式描述：λ：热导率（导热系数）C:单位体积气体的热容:分子运动的平均速度:分子运动的平均自由程（两次碰撞间的距离）第78页，共131页，星期日，2025年，2月5日自由电子的热导率公式：n：单位体积内的自由电子数k：波尔兹曼常数