第二节热容1解说.ppt

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第二节 热容 聊城大学材料科学与工程学院 a-反应起始点;b-峰顶点;c-反应终点 ※ 峰面积S和热效应成正比,△H=KS;S越大,表明仪器越灵敏 差热分析广泛应用于无机、硅酸盐、陶瓷、矿物金属、航天耐温材料等相变、分解、凝固、脱水等物理或化学反应 ,是无机、有机、特别是高分子聚合物、玻璃钢等方面热分析的重要仪器。 DTA吸热转变曲线 实例 第二节 热容 聊城大学材料科学与工程学院 2.2、差示扫描量热法 DSC 在程序控制温度下,测量试样和参比物的温度差保持为零时,所要补充的热量与温度或时间的关系。一般分为功率补偿功率差示扫描量热法和热流式差示扫描量热法。 (a)功率补偿型 DSC原理图 (b) 高纯铟的DSC分析曲线 第二节 热容 聊城大学材料科学与工程学院 2.3、热重法 TG 热重法是在温度程序控制下,测量物质质量的变化与温度之间关系的技术。 热重法测定CuSO4·5H2O的失水率 第二节 热容 聊城大学材料科学与工程学院 3、热分析方法应用 ①物质鉴定 ②研究相变过程,确定工艺温度 wc=0.74%的碳钢相变 中药鉴定:同一物质具有相同热图谱,不同物质的热图谱不一样,即有各自的特征峰形。这是热分析用于药材鉴定的依据。 1:淬火后回火加热 2:预先回火试样再加热 Ⅰ:淬火马氏体→ 回火马氏体; Ⅱ:残余奥氏体分解,析出碳化铁; Ⅲ:碳化铁→渗碳体,位错减少 第二节 热容 聊城大学材料科学与工程学院 一、热容定义 二、热容经验模型 三、固体热容的量子理论 四、影响热容的因素 五、热容的测定 六、热分析方法应用 第二节 热容 聊城大学材料科学与工程学院 一、热容定义 1、热容定义 材料在温度上升或下降时要吸热或放热,在没有相变或化学反应的条件下,材料温度升高1 K时所吸收的热量(Q)称作该材料的热容。用C表示。(content) 热容单位: J/K 热容的数学表达式: 注意: (1)材料种类不同,热容不同; (2)质量不同,热容不同; (3)温度不同,热容不同; 第二节 热容 聊城大学材料科学与工程学院 2、热容分类 (1)比热容(质量热容) 单位质量材料的热容称之为比热容(质量热容)。单位:J/(kg?K) (2)比定压热容 当加热过程在恒压条件下进行时,所测定的比热容,cp表示。 (3)比定容热容 加热过程在保持物体体积不变的条件下进行时,所测定的比热容,cv表示。 第二节 热容 聊城大学材料科学与工程学院 注意: (1) cp 与cv摩均是温度的函数; (2) cp cv,对于固体材料二者差异很小; (3) cp 实验上测定方便,但cv理论上更有意义 ; (4) cp 与cv具有如下关系: 式中:Vm为摩尔容积; 为体积膨胀系数; 为三向静力压缩系数; 第二节 热容 聊城大学材料科学与工程学院 (4)平均热容 单位质量的材料从温度T1到T2所吸收热量的平均值, 注意:平均热容是比较粗略的,温度差范围越大,精确性越差,因此要注意温度适用范围。当T2趋近于T1时,比热容为: (5)摩尔热容 1摩尔材料所具有的热容,单位: J/(mol?K) 定压摩尔热容Cp,m 定容摩尔热容Cv,m 第二节 热容 聊城大学材料科学与工程学院 二、热容经验模型 对于固体材料,上世纪发现两个经验规律: 一是元素的热容定律——杜隆一珀替定律 一是化合物的热容定律——柯普定律 1、杜隆一珀替定律 恒压下元素的原子摩尔热容为25J/(mol?K)。 根据能量均分定理,一振动自由度的平均动能是1/2 kBT,对应平均势能是1/2 kBT。对于摩尔常数N0个原子,则总自由度为3N0。 第二节 热容 聊城大学材料科学与工程学院 2、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。 理论解释:C=Σnici。其中,ni:化合物中元素i的原子数;ci:元素 i 的摩尔热容。 对于双原子的固态化合物,摩尔热容为2R;对于三原子的固态化合物,摩尔热容为3R,以此类推。 但实际上,固体热容不满足上述规律,如图所示。 经典的热容理论在低温下是适用的,热容随温度变化只能用量子理论解释。 第二节 热容 聊城大学材料科学与工程学院 三、固体热容的量子理论 3.1、热容的量子模型 热容的量子理论基于如下模型: ①在同一温度下,物质中不同质点的热振动频率不尽相同; ②在同一温度下,物质中同一质点的振动能量也时大时小,并不一致; ③振动能量是量子化的,能量单位为 。 最常用的两个模型:爱因斯坦模型,德拜模型。 第二节 热容 聊城大学材料科学与工程学院 3.2、爱因斯坦模型 (1)晶体中原子的振动是相互独立的; 1.模型 设晶体由摩尔常数N个原子组成,因为每个原子可以沿三个方向振动,共有3N个频率为?0的振动。 2.计算 (1)热容表达

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