[中学教育]材料的热学性--3.ppt

* * 材料的热学性能 任何材料在使用的过程中都会受到热影响或产生热效应。一些场合要求材料具有特殊的热学性能—低膨胀性能、好的隔热性能、高的导热性能等。材料的热学性能在材料的相变研究中具有重要意义。 材料的热学性能主要包括： 热容（thermal content） 热膨胀（thermal expansion） 热传导（heat conductivity） 理解材料的热容、热膨胀、热传导的物理本质，掌握表征上述性能的物理参量：摩尔热容、线膨胀、体膨胀系数、热导热和热扩散律的物理意义。 热容是物体温度升高1K所需要增加的能量。 比热容单位— ,摩尔热容单位— 平均热容 恒压热容 恒容热容 Q＝热量 E＝内能 H＝热焓 第一节 材料的热容 a.恒容热容： 加热过程中材料的体积不变，则所供给的热量只满足温度升高1K时物体内能的增加。 b.恒压热容： 保持压力不变的情况下，加热过程中材料的体积膨胀，则所供给的热量除满足温度升高1K时物体内能的增加外，还必须补充对外做功的损耗。 比热容： 焓和热容是材料发生相变时的重要参量。 热分析 研究焓和温度的关系，可以确定热容的变化和相变潜热。热分析法是建立在热测量和温度测量基础上的现代测试方法。 热分析：程序控制温度，测量物质的物理性质和温度关系的技术。 热分析方法的种类： 差热分析（DTA）探测过程中的热效应并确定热效应的大小和发生温度。 差热分析是在测定热分析曲线的同时，利用示差热电偶测定待测试样1和标准试样2的温度而进行的热分析。 示差热电偶由两对热电偶极性反接串联而成，热端处于试样1和2中。 ●待测试样1、标准试样2和3分别处于加热炉温度场中的对称位置。 标样的选择要求是在研究温区内无相变的材料，质量和尺寸与待测样相当，以便于加热和冷却速率相同。 热分析应用实例 测定并建立合金相图 热分析应用实例 热弹性马氏体相变研究 升降温过程中热弹性马氏体的可逆转变都出现显著的吸热与放热峰，据此可以准确地判断相变开始及终了温度。 热分析应用实例 有序—无序转变的研究 曲线a：无序的合金加热到350-470℃时，合金发生部分有序化并放出潜热；继续加热到470℃以上发生吸热的无序转变。 曲线b表示的是完全有序到完全无序的吸热效应 第二节 材料的热膨胀 热膨胀的本质 简谐振动 一、热膨胀系数 热膨胀:物体的体积或长度随温度升高而增大的现象 αl＝线膨胀系数，即温度升高1K时，物体的 相对伸长。 同理，物体体积随温度的增加可表示为： αV为体膨胀系数，相当于温度升高1k时物体体积相对增长值。 举例：立方体 由于αl 值很小，可略 以上的高次项，则： 二、热膨胀和其他性能关系 1．热膨胀和结合能、熔点的关系 质点间结合力愈强，热膨胀系数愈小。 2．热膨胀与温度、热容关系 2．热膨胀与温度、热容关系 热膨胀是固体材料受热以后晶格振动加剧而引起的容积膨胀，而晶格振动的激化就是热运动能量的增大。升高单位温度时能量的增量也就是热容的定义。所以热膨胀系数显然与热容密切相关并有着相似的规律 (1)机械膨胀仪：采用机械的方法放大并检测试样的热膨胀量。包括干分表式膨胀仪、机械杠杆式膨胀仪等。 (2)光学膨胀仪：利用各种光学原理放大并检测试样的热膨胀员。包括光杠杆式膨胀仪、光干涉法膨胀仪等。 (3)电学膨胀仪：利州各种咆学原理放大并检测试样的热膨胀量。包括电感式膨胀仪、电容式膨胀仪等。 (4)直接观测式膨胀仪：利用精密的测长仪器，如：比长仪、垂高计等，直接观测试样的热膨胀员。 (5)x射线衍射法：是一种微观的检测方法。借助晶体对X射线的衍射，测量品格常数(原子间距)随温度的变化. 三、热膨胀系数的测量 1.光杠杆式膨胀仪法 绝对法光三角架放大的膨胀仪 1.标准样（用以测温） 2.被测样 3.凹面镜 光杠杆式膨胀仪的工作原理 总则：用照相方法直接记录出膨胀曲线。 将试样的膨胀通过一根传递杆引出，传递杆推动一个带小镜的光三角架（或其它光杠杆机械）转动，将试样的膨胀量转成光点的位移量，并借助于照像或光电转换的主法观察和测量光点的位移。 既可直接测得伸长量，又可用示差法测得标准试样和待测试样的差。 2、直接观测法： 利用双筒望远镜、垂高计、比长仪等仪器直接观测加热过程中试样两标距间的长度，从而计算出膨胀系数。 优点：最直观最简便稳定可靠的测量方法； 缺点：难于实现自动记录，费力、费时。