材料物理性能：1.4 热传导 heat conduction

1、固体材料中内能的不均一性,1.4 热传导 heat conduction 热从物体温度较高的一部分沿着物体传到温度较低的部分的方式叫做热传导, 固体材料的热传导的宏观规律,热 传 导由于材料相邻部分发生能量迁移,dT/dx(温度梯度,作用于,产生,T2,傅立叶导热定律,T1,x,固体中的质点被牢固联系在一起，质点有一定距离，不能象气体分子那样杂乱运动，也不像气体分子依靠质点直接碰幢传递热能。 固体之中的导热机构,热传导机理,固体之中的导热是依靠可以移动的结构单元， 晶格的格波和自由电子,1）金属之中是自由电子移动实现热量传递。 晶格振动也有贡献，只是很小。 2）合金中，声子的热导作用稍有增强

2、3）半导体中，声子热导常常和电子热导 相仿,2. 热传导机理,4）在绝缘体之中，几乎全部是声子热导，非金属材 料，自由电子很少，是依靠晶格振动-声子实现热传递。 5）光子热导只有在极高的温度下才能按照热辐射的形式发生,非金属材料中，是依靠晶格振动实现热传递。 晶格振动的量度是声子，所以振动和声子是至关重要的。 热传导过程-声子从高浓度区域到低浓度区域的扩散过程,声子-温度,频率为 的格波的(平均) 声子数为,实际应用中，材料环境温度不是很大的时候，格波的光频之很微弱，热容讨论时候就忽略不计。 同样在传热中-温度不高的情况下，只考虑声频之的贡献,声子的热传导机理,把格波在晶格之中的传播看作是声子

3、和物质之间的作用-就是声子的传播。 声子传播过程之中，就会和晶体之中的质点作用，叫声子散射 热阻： 声子扩散过程中的各种声子散射,Cv：单位体积比热-单位体积中声子的比热； v ：运动速度-声子的运动速度； l：平均自由程-声子的平均自由程。 Cv接近常数，在低温时它随T3变化；v 为一常数。 主要讨论影响声子的自由程 l 的因素,声子散射 热导率,在声子的碰撞过程中，平均两次碰撞之间所经过的路程叫声子的平均自由程L,光子的导热过程又叫做-热辐射 thermal radiation 物体由于具有较高温度而辐射电磁波的现象。是热的一种传递方式方式之一。它不依赖物质的接触而由热源自身的温度作用向外

4、发射能量。 由于电磁波的传播无需任何介质，所以热辐射是在真空中唯一的传热方式,3. 光子热导,电磁波覆盖了一个较宽的频谱。 热辐射也是连续谱，波长覆盖范围理论上可从0直至，一般的热辐射主要靠波长较长的可见光和红外线。 热辐射在固体中的传播过程和光在介质中的传播过程类似，有光的散射、衍射、吸收、反射和折射,3. 光子热导,固体中的辐射传热过程,吸收,辐射,辐射源,T1,T2,物体辐射或吸收的能量与它的温度、表面积、黑度等因素有关,凡是将辐射热全部反射的物体称为绝对白体，能全部吸收的称为绝对黑体，能全部透过的则称为绝对透明体。吸收系数接近于1的物体-作黑体,即在一封闭空腔壁上开一小孔，任何波长的光

5、穿过小孔进入空腔后，在空腔内壁反复反射，重新从小孔穿出的机会极小，即使有机会从小孔穿出，由于经历了多次反射而损失了大部分能量。 在空腔外观察，小孔对任何波长电磁辐射的吸收比都接近于1，故可看作是黑体,假设长度是L的杆件，各向均质，温度由T0到T，杆件膨胀为L， 如果自由膨胀，不会有任何应力存在。 如杆件两端固定，热膨胀不能自由实现，杆件之间必定产生应力。这个应力等于把杆件由（L+ L）压缩到L时的压缩力,热应力,如果是在冷却过程，T0大于T，应力是正值，杆件断裂,热应力,热膨胀或收缩引起的热应力,1. 第一热应力断裂抵抗因子R,仅考虑最大的热应力: 越大，材料承受温度变化的能力越大。就是热稳定

6、性越好。定义 表征材料热稳定性的因子（第一热应力断裂抵抗因子或第一热应力因子,考虑承受的最大温差 与最大热应力、材料中的应力分布、产生的速率和持续时间，材料的特性（塑性、均匀性、弛豫性），散热有关,2. 第二热应力断裂抵抗因子R,说明：考虑以上因素，在实际应用之中，不是理想的骤冷那样， 不是马上产生，有一些滞后，所以导出第二热应力断裂抵抗因子R,2. 第二热应力断裂抵抗因子R,材料具有的不同热学性能，其结构起因是 a 晶格热振动 b材料的晶质或者非晶质属性 c 材料体积的大小 d 材料的不同对称性。 具有N个原子的固体材料，在简谐近似下, 构成的晶体的晶格的原子格波振动数目,是 a.2N b. 3 N c. 4N d.N+1,练习 题,固体材料之中量子化了的晶格振动是 a. 振子 b. 光子 c. 介子 d. 声子 杜隆伯替定律认为，在室温和更高的温度下，全部单原子(或者元素)固体的热容接近一个固定的数值(mol . K)： a. 42.9 b. 52.9 c. 24.9 d. 34.9,无机材料的结构对于材料热容影响是： a敏感 b不敏感 c有时敏感、有时不敏感d取决于结构对称 无机材料的热膨胀来自于材料原子的 a非简谐振动 b简谐振动 c原子的数目 d原子的大小,光学支格波与声学支格波本质上有何差别? 晶体中声子数目是否守恒?和什么因素直接相