材料物理性能材料的热熔.pptx
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1、第1页/共66页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。第2页/共66页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)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
2、收太阳辐射,并且要最大限度地抑制集热器本身的热损。第3页/共66页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。第4页/共66页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?第5页/共66页什么是热容?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。我们常用水位升高一定高度需要多少水表征瓶子的容量。第6页/共66页本章内容热容热膨胀热传导热稳定性第7页/共66页
3、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第8页/共66页1.1.人们对热的物理本质的认识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
4、。第9页/共66页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一类永动机不可能第二类永动机不可能第二类永动机不可能第10页/共66页11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温度的定义和温度的测量方法。第11页/共66页热究竟是什么?热究竟是什么?热量传递的三种方式:热传导热对流
5、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。第12页/共66页热量传递的基本方式第13页/共66页热的本质?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。第14页/共66页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,)第15页/共66页声频支、光频支声频支、光频支n 声频支:振动着的质点中包含频率低的格波,质点彼此之 间的位相差不大。可以看成相邻原子具有相同的振动方向。n
6、 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整体运动 反映晶格原子的相对运动反映晶格原子的相对运动 第16页/共66页第一节 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第17页/共66页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,它与物质的本性有关。等压比热容等容比热容在固体材料研究
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