1123S02013 材料热力学与动力学 教学大纲王海军.docxVIP

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附件5-1

ADDINCNKISM.UserStyle《高分子化学》课程教学大纲

（理论课程·2023版）

一、课程基本信息

课程号

1123S02013

开课单位

化学与环境科学学院

课程名称

材料热力学与动力学

MaterialThermodynamicsandKinetics

课程性质

选修

课程学分

2

课程学时

34

课内实验学时

4

课程类别

专业发展课程（专业拓展课）

先修课程

无机化学,物理化学,结构化学

适用专业（类）

材料化学

二、课程描述及目标

（一）课程简介

本课程是材料化学专业的专业拓展课程，课程重点介绍了经典热力学和统计热力学理论在材料科学领域的应用，特别利用相关理论揭示材料中的相和组织的形成规律。课程由浅入深从热力学四大定律出发，掌握材料热力学函数的概念和意义，理解溶液中组分浓度、偏摩尔量、活度及其测定等问题，进而讨论单组分体系、二组分及多组分体系材料的相形成规律和相平衡问题，了解并掌握相图的计算原理和方法。

教学目标

本课程的开设是学生在学完数学、物理和基础化学课程的基础上，引导学生巩固学习热力学和动力学理论知识，灵活运用相关方法去分析和解决实际问题，培养学生的创新意识和应用所学知识解决实际问题的基本能力，使得其具有较强的科学研究和实际工作能力。

《材料热力学与动力学》的课程目标主要有以下几点：

课程目标1：以培养学生的学习能力和思维方式为目标，通过教学环节提高学生的自学能力，同时引导学生综合运用所学知识去分析和解决实际问题。

课程目标2：掌握热力学四大定律的概念、实质、适用条件和意义。理解热力学定律是如何通过热力学函数应用到材料科学研究领域中，从而形成材料热力学规律。

课程目标3：能够使用材料热力学规律解决材料研究中的具体问题，解释材料科学研究中遇到的热力学现象，数量掌握热焓、熵、自由能和活度等热力学量在具体实际材料变化过程中的求解方法，并进一步对过程做出正确的判断和解释。

课程目标：掌握相图热力学、相变热力学、溶液热力学的概念和规律，了解固体扩散凝固等对应动力学规律，能够解决材料研究中的一些问题。

三、课程目标对毕业要求的支撑关系

毕业要求指标点

课程目标

权重

1-1：掌握数学、物理、化学、材料等方面的基本理论和基本知识；

课程目标1

课程目标2

0.2

1-2：掌握材料制备（或合成）技术、材料加工和改性技术、材料结构与性能的分析方法；

课程目标3

课程目标4

0.3

2-2：具有一定的科学研究和实际工作能力，具有一定的批判性思维；

课程目标1

课程目标2

课程目标3

0.2

2-3：具有一定的运用计算机的能力和用英语进行交流的能力；

课程目标2

课程目标3

0.2

3-2：具有良好的科学文化素养，掌握科学的方法论；

课程目标1

课程目标4

0.1

四、教学方式与方法

以集中讲授为教学的主要方式，采用多媒体演示和课堂讲授相结合的教学方法。在授课过程中,以培养学生的思维方式为目标,采用以概念、方法、应用为主体,深入探究的教学方法，在传授知识的同时，通过各个教学环节逐步培养学生的抽象思维能力和自学能力，还要注意培养学生综合运用所学知识去分析问题和解决问题的能力。

五、教学重点与难点

（一）教学重点

热力学定律的适用条件和意义；相平衡和相图的阅读及理解；固体中的扩散问题；扩散控制固态相变的动力学理解。

（二）教学难点

状态函数的理解及其在热力学计算中的灵活应用；金属的连续生长和合金的凝固过程；多元体系中的扩散与固态相变问题。

六、教学内容、基本要求与学时分配

序号

教学内容

基本要求

学时

教学

方式

对应课程目标

1

绪论与热力学定律

了解材料热力学的概念，理解并掌握热力学定律的概念、实质、适用条件和意义。

掌握热力学第一定律及相关函数，状态函数及全微分，标准态等知识；

理解并掌握热力学第二定律的内容，理解自发过程和不可逆过程及熵的统计概念。掌握平衡态判据，玻尔兹曼公式，理解材料热力学现；

热力学第三定律的推导验证和应用。

6

讲授法

课程目标1

课程目标2

2

自由能与热力学平衡

理解自由能函数的概念，自由能与温度的关系，自由能的计算；

理解相变界面处的平衡问题；

理解并掌握二元体系中的基本概念：溶液、活度与化学势。

6

讲授法

课程目标2

课程目标3

3

热力学相图

理解一元和二元体系中相图与自由能曲线关系图，掌握对相图的绘制和分析；

理解相图与热力学参数的关系。

6

讲授法

课程目标3

4

晶体的界面

理解并掌握表面及其热力学特性，了解表面自由能与表面张力的概念；

了解晶界的基本特征和类型，理解多晶体材料中的晶界平衡问题。

4

讲授法

课程目标4

5

固体中的扩散及凝固

掌握扩散现象的概念，理解扩散机制；

了解菲克定律的概念及其在扩散用的应用。