材料科学与技术讲义材料的热性质与光性质.ppt

该【材料科学与技术讲义材料的热性质与光性质 】是由【utuhlwwue61571】上传分享，文档一共【21】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【材料科学与技术讲义材料的热性质与光性质 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。2、爱因斯坦热容模型
3、德拜热容模型
二、材料的热膨胀
一、材料的热容
1、经典热容理论
第三节 材料的热性能
二、材料的热膨胀
CONTENTS
01
热膨胀系数
平均体热膨胀系数：
05
温度 T1 时的试样长度；
温度 T1 时的试样体积；
03
平均线热膨胀系数：
温度 T2 时的试样体积
02
所有材料都有热胀冷缩性
热膨胀系数一般是温度的函数
06
温度 T2 时的试样长度
线热膨胀系数和体热膨胀系数
04
热膨胀系数
单击添加文本具体内容
2、热膨胀的起因
温度 T 时的线热膨胀系数：
温度 T 时的体热膨胀系数：
热膨胀系数是工程上重要的物理参数之一：
许多材料的线热膨胀系数是各相异性
各向同性材料（立方系）：
材料间的封接，真空系统中要求材料的热膨胀系数相近、否则易漏气；多晶、多相的复杂结构的材料中，各相、各方向膨胀系数的不同会引起热应力
热膨胀的本质：
原子平均距离随温度的增大
起因于：
原子间作用力随距离非线性变化、原子的振动是非简谐振动
距离
力
引力
斥力
合力
平衡位置 (合力为零)的两侧合力曲线的斜率不等
0
原子相互作用势能曲线
势能曲线关于 处的虚线不对称
原子间作用力
作用力和势能曲线的斜率较大；
作用力和势能曲线的斜率较小；
0
原子振动时的平均距离：
影响热膨胀因素
0
温度 T、平均位置
原子振动能量
热膨胀与结构有关：
非晶材料属液相结构，材料的热膨胀除起因于原子间距的增大外、还与材料中的自由体积（未被原子占据的空穴）的膨胀有关
原子平均间距随温度的变化：
温度越高、振幅越大，原子在平衡位置两侧受力的不对称越显著，新平衡位置右移越多、 越大，晶体膨胀越大。
热膨胀与原子结合键有关：
结合键强、热膨胀小
离子键、共价键结合的材料：热膨胀小；
以共价键和范德瓦尔斯结合的聚合物：热膨胀系数最大
金属键：具有中等的热膨胀系数；
材料
陶瓷
金属
聚合物
三、材料的导热性
02
热传导：
材料温度不均匀时，或两温度不同的物体相接触时，热量自动从高温区向低温区传递
均匀金属棒的两端分别与两恒温热源接触
热平衡时各处的温度不随时间变化
通过金属棒的热流密度：
热流密度：单位时间内通过与热传导方向垂直的
01
傅里叶导热定律
稳态
单位面积的热能
负号：热能从高温向低温传递
热导率，
单位：
热导率反映材料的导热能力、不同材料的导热能力差异很大
绝缘材料：
金属：
合金：
非金属：
2、热传导机理（微观机制）
固体的组成质点只能在平衡位置附近作微小振动，不能像气体依靠分子碰撞传递热量
固体导热机制：声子（晶格振动的晶格波）和自由电子
固体热导率：
声子热导率
电子热导率
非金属材料：
以声子导热为主
纯金属：
以电子导热为主
合金：
电子和声子共同起作用
a、金属的热导率
金属主要热载流子 — 自由电子 （电载流子）
热导率和电导率间的联系：
不太低的温度下
（Wiedemann – Franz 首先发现）
金属热导率与电导率之比正比于温度
洛仑兹系数 (Lorentz number)
理论值：
b、合金的热导率
如同合金的电导率比纯金属的电导率，
合金
金属
原因：合金中的自由电子受合金晶格、
杂质、非均匀相的散射强烈
10
20
30
40
组成，
热导率
Cu – Zn 合金热导率随Zn 含量的变化
Zn 含量增加、热导率下降
c、非金属 （ 陶瓷）、聚合物的热导率
传递热量的热载流子主要是声子
陶瓷的组成和结构远比金属复杂：
除晶相、还包括玻璃相及一定的空隙