第二讲 材料的热容.ppt

第一章 材料的热学性能 顾修全 在空间科学技术中的应用 在能源科学技术中的应用 在电子技术和计算机技术中的应用 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？ 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 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。 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 热究竟是什么？ 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。 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 声频支、光频支 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 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 晶态固体热容的经典理论 金属铜的摩尔热容-温度曲线 修正模式——量子理论 爱因斯坦模型 德拜模型 如何得到德拜温度？ 通过熔点 通过热容 通过金属中弹性波传播速度 实际材料的热容 无机材料（陶瓷）的热容 金属材料的热容 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 无机材料的热容 高于 时，趋于常数；低于 时，与 成正比； 与材料结构的关系不大； 相变时，热容出现了突变； 单位体积的热容与气孔率有关。 金属材料的热容 自由电子的贡献 合金成分的影响 相变的热容变化 熔化和凝固 一级相变和二级相变 亚稳态组织转变 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 4. 现代热分析技术及其应用 热重分析（TG） 差热分析（DTA） 示差热分析（DSC） 热机械分析（TMA） 热分析在材料领域中的应用 小结 基本概念：声子、热容、比热容 晶体的热容随温度变化曲线 金属与陶瓷热容的区别 热容的影响因素 现代热分析技术的原理与应用 专业术语 格波 声子 热容 差热扫描技术 主要区别在于金属内部有大量的自由电子，而在 无机材料中，电子对热容的贡献基本上可以忽略不计。 自由电子对热容的贡献 合金成分对热容的影响 相变时的热容变化 常温下，自由电子热容微不足道 高温和低温时，电子热容不能够忽略 点阵振动热容 自由电子热容 合金的热容是每个组成元素热容与其质量百分比的 乘积之和。 适用于金属化合物、金属与非金属的化合物，但对铁磁 合金不适用。 金属熔化时热焓与温度的关系 Q 0 T Tm L S q s 液态金属的热容比固态的大。 Q Q T T T T 0 0 0 0 一级相变 二级相变 Tc Tc 一级相变有潜热，热容有突变； 二级相变无潜热，热容无突变。 定义：在程序控温下测量物质的物理性质与温度关系的 一类技术。 应用：金属、高分子、化学反应的动力学和反应机理研究。 地址：材料学院A302室 差热分析仪 建立合金相图 热弹性马氏体相变研究 液晶相变研究 合金的有序-无序转变研究 * * 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。 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。