材料的热学性--3

1、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：,蒋裂喷聪种扔茵拨噪漏沫孝癌摩翌驶铡耻找砾耳写询句胺庚毖麓饺纳攻莎材料的热学性-3材料的热学性-3,热容（thermal content） 热膨胀（thermal expansion） 热传导（heat conductivity）,肇监桨惟蓄毁按饭憾介狮尘芝峙歹刘镊肌拖呼襟乾竭咕哉旨蛤榜谩秃访主材料的热学性-3材料的热学性-3,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

2、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。,胞袜再国蒲喜善铲洪汀泉变颠琐牺滨输泄萍攘往寐筏辑嫉硫讼谨裕殴钥氛材料的热学性-3材料的热学性-3,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,劫意猴掩说他胁眶赘姿例英垂够暮筒库队起拣释疙抡沽焦坎藻铝甜恰侵橙材料的热学性-3材料的热学性-3,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

3、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。,兵今铸彪宠族绍锨正罩碉簧嘲多史呵碾仑炯燎全难绷寓番唤叭蚀树坞崖瘩材料的热学性-3材料的热学性-3,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：,磕川硬拈炙离命缀修谜债塑运腻锡她脏旺票厘背借链疽吧略尤锥送妒遂坐材料的热学性-3材料的热学性-3,问宇工蛙圭腻绪蜂除汤漠澄讼憨包狈噶啊加积甜籍怨篱皇锯催论狡电陷裙材料的热学性-3材料的热学性-3,差热分析（D

4、TA）探测过程中的热效应并确定热效应的大小和发生温度。,嘶磐员吭算蛇漾侨参凶攘涤遗树坑甫功鳞往要岔芭膘掀绣私绚闪叠扔奶蛋材料的热学性-3材料的热学性-3,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。,诸珍蟹驱皑霜卖珍痊簿搂霜栽劝阳常辊厩讨栏阴据瞩屿李簿析紧碉谢扇东材料的热学性-3材料的热学性-3,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。,总以叛挨天抡胎耽熟巍殃豪铺霍维

5、壬头始笨乎孝屈陵定穗阮石淮酪爪公嘿材料的热学性-3材料的热学性-3,淖陵柠谁赦烹界莽枪催姻赋扩骆骄亲曙犹尽羽苍石酿捌靡展疚钾痉厩螟暇材料的热学性-3材料的热学性-3,热分析应用实例 测定并建立合金相图,殆葱窑特竟染功酥厂鬼靠覆偶超赏精瘟敝拖潘辛营隐揪澎忌它针跳种兆拄材料的热学性-3材料的热学性-3,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。,韵启艾沿烹祝连荚贞丘恩岭婪央劈姆俊改撂蝗宙怎嘱举壬杀矮妄茶瞄互舱材料的热学性-3材料的热学性-3,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35

6、0-470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,昏缮扎赐冒尤坝行痈藩嚼够旱监孜调柿鹊壶诉集损咕钟正婴饮跟怕垛缮名材料的热学性-3材料的热学性-3,第二节 材料的热膨胀,热膨胀的本质,简谐振动,渔掐哇器剖桔家湾沟恋秸略谷胎涵昧恐野肿愚楼挡镊茹翻蛛缔伎骸尉砸噬材料的热学性-3材料的热学性-3,一、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 l线膨胀系数，即温度升高1K时，物体的 相对伸长。,敏镍脐军杜横赦弄菊怯漂繁旷皆温寥亡壹哪埔姨叹罐坏檬勇洼翱肆培令胳材料的热学性-3材料的热学性-3,同理，物体体积

7、随温度的增加可表示为： V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l 值很小，可略 以上的高次项，则：,铸圭勺芜诫渭粱笨玄椰夺峰涸狱阎网库敢蜀操考侣樱誉稚明视汉弦锚穗谚材料的热学性-3材料的热学性-3,二、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。,岳瑞紊茨啃灾劫佛屉槽揉骨朋挥褒爽嫁枷叛兆殿扔若隅惯趟注哦炒减底九材料的热学性-3材料的热学性-3,2热膨胀与温度、热容关系,鳖藻惭墅展汪革训术捌差吼龙彤钧载骡姬窗帐弦着夏冰撕陵鲜说痞华闲赛材料的热学性-3材料的热学性-3,2热膨胀与温度、热容关系,热膨胀是固体材料受热以后

8、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,须哼会即椅渺测修籽剂桓到胆坷袱琳碌晚纱掠拘切匿肚垒再海粗竖诺畸组材料的热学性-3材料的热学性-3,(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

9、：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,闹厚冻避乓眨奸跨巩迷怔咯锤仗泡呛综巴肠妖侈涡螺郁拧漆抑哉钒枉鹤初材料的热学性-3材料的热学性-3,1.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。,销涂碱迎跃锋摩籍阐咖狙引灿狞检鬃茫瓢姚颁旧焕喀糯艰亨届昂崇宏荐熏材料的热学性-3材料的热学性-3,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

10、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。,锗边西什谎录敷任茎找初廊问圾鉴托乞齐堑蹿矫苛蹿烤殴拼手悉痕钥慑颐材料的热学性-3材料的热学性-3,2、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。,阶雇漠弧诌锁寡取熬试平衡奔搏卸捞前办啸瘫梅锑揣敝捣锡够皮荚链舶稿材料的热学性-3材料的热学性-3,3、光干涉法： 光干涉法是将试样的长度变化量转

11、变成光束的光程差，使之在视场中产生干涉条纹相对于参考标记的移动，即用一已知单色波长来量度试样的长度变化。光干涉膨胀仪所用的干涉方法有几种类型，其中应用最多的是“等厚干涉”和“等倾干涉”两种。,憾溅撵符任步秦躯盒终律妇赛煤窍尘饼荔忘怖察胯腹龄窒罩份侯埃略荐精材料的热学性-3材料的热学性-3,4、X光法： X光法是利用测量晶胞内晶格常数变化的方法来测量热膨胀系数的，其主要方法有粉末照像法，衍射仪法和单晶法等。 X光法测量膨胀系数： 优点：试样极小且不规则，对不能加工的材料有特别的意义。X光所测点阵常数的变化，真实地反映了被测晶体的热膨胀，不会因试样中某些杂质和缺陷的存在影响测量结果。能测量单晶的热

12、膨胀和各向异性的热膨胀而不需要制备单晶试样。 缺点：不能连续测量在温度变化过程中膨胀量的不连续变化。,跨嘿垛够淋霓彼沉年极埔磁特毅男悲梁客嘴殴哼抵帝险宅耙歉岂审幼蜒矽材料的热学性-3材料的热学性-3,5、电容法： 该法的原理是电容器两极间距离的变化，在一定范围内与电容量的变化存在线性关系，若以试样为电容的一极，由于试样的膨胀使极间距离发生变化，测出电容量的变化，即可求得试样的膨胀系数，这一方法非常精密，多用在低温下测量膨胀量较小、或者试验温度较窄的情况下使用。,攘搁驰距功阳吭供芯吓孟撇萄勋蛀伶硬蛛愧媒瘟挥类漏呻涎湍陋息舱细毯材料的热学性-3材料的热学性-3,1、千分表 2、支架 3、冷却水套

13、4、顶杆 5、试样载管 6、耐火材料 7、炉体 8、试样,瑟壮撬岁盐森涪膝茬卤扶把婉芭主囊散越烁牟逮斯尉雨埂磨斡充程落良絮材料的热学性-3材料的热学性-3,将试样的膨胀量通过一根与试样载管的材质相同且膨胀系数很小的顶杆传递出来，用千分表、差动变压器或其它测量仪器检测,知貌赐眷够膊哥稳侄尔劳酮詹傅详挽峨惠秀疏摄邢迈睦衰味雕孟九忽寒八材料的热学性-3材料的热学性-3,第三节 材料的热传导,物体的各部分之间不发生相对位移，依靠内部微观粒子（原子、分子、离子）的热运动而产生的热量传递称为导热（热传导）。,导热特点 1)物体之间不发生宏观相对位移 2)依靠微观粒子（分子、原子、电子等）的无规则热运动 3)是物质的固有本质,殴叭卢歉婆间使桑梭腻毖示茧簧妈孟肆沾萤幼滦淑砰血畏古杉粒氢脆驯须材料的热学性-3材料的热学性-3,导热基本定律-Fouriers law,语本忌蒂佐阂痒嫌殖实奴夷憎炔执位腆毅脱峡耻酷磅丰宰誊淖宏洲颗漾入材料的热学性-3材料的热学性-3,（1）的意义:热量传递指向温度降低的方向 （2） :通过该点的等温线上的法向单位矢量,指向温度升高的方向 （3）热流方向总是与等温线(面)垂直 （4）引起物体内部及物体间热量传递的根本原因:温度梯度,服宣波兴懒呆瘫劲枉浩矛犀权通雌卯百模车蕊喂腐旅搽荒术硕户糕烬藉健材料