材料性能與測(cè)試材料的熱性能學(xué)習(xí)課程

1、1引 言 材料熱學(xué)性能主要有熱容、熱膨脹、熱傳導(dǎo)。也是材料物理性能的重要組成部分。熱傳導(dǎo)是熱量傳遞的三種基本方式之一；熱性能在材料相變研究有重要的理論意義；工程上應(yīng)用廣泛，如航天耐熱導(dǎo)熱隔熱材料，可抵御高熱、保護(hù)人機(jī)安全，節(jié)約能源；冶金工業(yè)中耐火材料的設(shè)計(jì)； 本章概括地介紹熱學(xué)性能的物理概念、影響因素、測(cè)量方法以及在材料研究中的應(yīng)用。第1頁(yè)/共48頁(yè)第一頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。2目 錄 11.1 熱學(xué)性能的物理基礎(chǔ)熱學(xué)性能的物理基礎(chǔ)11.2 熱容熱容11.3 熱膨脹熱膨脹11.4 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)第2頁(yè)/共48頁(yè)第二頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。311.1 熱學(xué)性能的物理基礎(chǔ)1. 晶

2、格熱振動(dòng) 固體材料的各種熱學(xué)性能，均與構(gòu)成材料的質(zhì)點(diǎn)(原子、離子)熱振動(dòng)有關(guān)，點(diǎn)陣中的質(zhì)點(diǎn)(原子、離子)總是圍繞其平衡位置作微小振動(dòng)。晶格熱振動(dòng)是三維的，3個(gè)方向的線性振動(dòng) 簡(jiǎn)諧振動(dòng)方程： 振動(dòng)頻率隨Em(微觀彈性模量)的增大而提高m質(zhì)量，x質(zhì)點(diǎn)的位移量第3頁(yè)/共48頁(yè)第三頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。4彈性波(又稱晶格波，其能量量子稱為聲子)多頻率振動(dòng)的組合波(1) 聲頻支振動(dòng):如果振動(dòng)著的質(zhì)點(diǎn)中包含頻率很低的格波，質(zhì)點(diǎn)彼此之間的位相差不大（2）光頻支振動(dòng):格波中頻率很高的振動(dòng)波，質(zhì)點(diǎn)間的位相差很大，頻率往往在紅外光區(qū)，（3）聲頻支可以看成是相鄰原子具有相同的振動(dòng)方向；光頻支可以看成相鄰

3、原子振動(dòng)方向相反，形成一個(gè)范圍很小、頻率很高的振動(dòng)2. 彈性波第4頁(yè)/共48頁(yè)第四頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。5在沒(méi)有相變或化學(xué)反應(yīng)的條件下，材料溫度升高1K時(shí)所吸收的熱量(Q)稱做該材料的熱容，單位為J/K，不同材料，熱容量不同 熱容表達(dá)式為： 單位質(zhì)量材料的熱容又稱之為“比熱容”或“質(zhì)量熱容”,單位為J(kgK)；1 mol材料的熱容則稱為“摩爾熱容”，單位為J(mol K) 11.2 熱容1. 基本概念第5頁(yè)/共48頁(yè)第五頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。6 同一種材料在不同溫度時(shí)的比熱容也往往不同，通常工程上所用的平均比熱容是指單位質(zhì)量的材料從溫度T1到T2所吸收的熱量的平均值:

4、T1T2的范圍愈大，精確性愈差當(dāng)溫度T2無(wú)限趨近于T1時(shí)，材料的比熱容，即Q-熱量；E內(nèi)能；H焓加熱過(guò)程恒壓條件，所測(cè)定的比熱容稱為比定壓熱容(Cp)加熱過(guò)程容積不變時(shí)，所測(cè)定的熱容稱為比定容熱容(Cv)第6頁(yè)/共48頁(yè)第六頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。7恒壓加熱過(guò)程中，物體除溫度升高外，還要對(duì)外界作功(膨脹功)，每提高1K溫度需要吸收更多的熱量CpCv根據(jù)熱力學(xué)第二定律導(dǎo)出Cp和Cv的關(guān)系：VdV/VdT, 容積熱膨脹系數(shù)；Vm:摩爾容積；-dV/Vdp，三向靜力壓縮系數(shù); 第7頁(yè)/共48頁(yè)第七頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。8a. 元素的熱容定律 杜隆珀替定律：“恒壓下元素的原子熱容

5、等于24.9J(K mol)” b.化合物熱容定律 柯普定律：“化合物分子熱容等于構(gòu)成此化合物各元素原子熱容之和”固體材料的熱容兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)定律第8頁(yè)/共48頁(yè)第八頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。9能量自由度均分，每一振動(dòng)自由度的平均動(dòng)能和平均位能都為(1/2)kT，一個(gè)原子有3個(gè)振動(dòng)自由度，平均動(dòng)能和位能的總和就等于3kT，一摩爾固體中有NA個(gè)原子總能量1 mol單原子固體物質(zhì)的摩爾定容熱容為經(jīng)典熱容理論NA阿伏加德羅常數(shù) 6.021023/mol；k波爾茲曼常數(shù) 1.3811023J/K；R氣體常數(shù) 8.314 J/Kmol；認(rèn)為：熱容是與溫度無(wú)關(guān)的常數(shù)認(rèn)為：熱容是與溫度無(wú)關(guān)的常數(shù)，杜隆杜隆

6、珀替定律的實(shí)質(zhì)珀替定律的實(shí)質(zhì)第9頁(yè)/共48頁(yè)第九頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。10對(duì)于雙原子的固態(tài)化合物，摩爾定容熱容為Cv、m 2 25J（Kmol)，三原子固態(tài)化合物的摩爾定容熱容為Cv、m=3 25J(K mol )；杜隆杜隆珀替定律在高溫時(shí)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是很符合的，但在低溫下時(shí)卻相差較大，實(shí)驗(yàn)結(jié)珀替定律在高溫時(shí)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是很符合的，但在低溫下時(shí)卻相差較大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明材料的摩爾熱容，是隨溫度而變化的果表明材料的摩爾熱容，是隨溫度而變化的第10頁(yè)/共48頁(yè)第十頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。112. 固體熱容的量子理論同一溫度下，物質(zhì)中不同質(zhì)點(diǎn)的熱振動(dòng)頻率不同，同一質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的能量在不同

7、時(shí)刻，大小不同，而且振動(dòng)能量是量子化的。1) 愛(ài)因斯坦模型 愛(ài)因斯坦模型認(rèn)為：晶體中每一個(gè)原子都是一個(gè)獨(dú)立的振子原子都以相同的頻率振動(dòng)。式中fE稱為愛(ài)因斯坦函數(shù)，RNAk，Ehv/k，愛(ài)因斯坦溫度；T很大時(shí)，CVm3R24.9J/molK,和杜-鉑定律符合第11頁(yè)/共48頁(yè)第十一頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。12T很低時(shí)，依指數(shù)規(guī)律隨溫度而變化，而不是從試驗(yàn)中很低時(shí)，依指數(shù)規(guī)律隨溫度而變化，而不是從試驗(yàn)中得出的按得出的按T變化的規(guī)律變化的規(guī)律忽略振動(dòng)之間頻率的差別是此模型在低溫時(shí)不忽略振動(dòng)之間頻率的差別是此模型在低溫時(shí)不準(zhǔn)確的原因準(zhǔn)確的原因2) 德拜(Debye)模型 晶體中原子存在彈性斥

8、力和引力，相互作用的對(duì)熱容的主要貢獻(xiàn)是彈性波的振動(dòng)，晶體中原子存在彈性斥力和引力，相互作用的對(duì)熱容的主要貢獻(xiàn)是彈性波的振動(dòng)，即聲頻支，在低溫下占主導(dǎo)地位晶體近似視為連續(xù)介質(zhì)，聲頻支的振動(dòng)近似地看作即聲頻支，在低溫下占主導(dǎo)地位晶體近似視為連續(xù)介質(zhì)，聲頻支的振動(dòng)近似地看作是連續(xù)的是連續(xù)的第12頁(yè)/共48頁(yè)第十二頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。13 式中fD稱為德拜比熱函數(shù)，x D /T, RNAk，Dhv/k，德拜溫度； T很大時(shí)，CVm3R24.9J/molK,和杜-鉑定律符合; 溫度很低時(shí)，符合實(shí)驗(yàn)T立方規(guī)律金屬德拜溫度是金屬本征物理量，可間接反映原子間得結(jié)合力強(qiáng)弱，熔點(diǎn)高，結(jié)合力強(qiáng)，德拜溫

9、度高；Ar元素相對(duì)原子量，Vm摩爾體積第13頁(yè)/共48頁(yè)第十三頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。14 德拜模型雖比愛(ài)因斯坦模型進(jìn)步，能解釋部分金屬德實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但不完全適合其它化合物，因?yàn)榘丫w看成連續(xù)介質(zhì)，對(duì)于原子振動(dòng)頻率較高部分不適用，因此金屬在很高溫度(大于1000K)、極低溫度(小于5K)不符合。 另外，實(shí)際材料多相，雜質(zhì)晶界影響，誤差大；忽略了電子運(yùn)動(dòng)能量對(duì)熱容的貢獻(xiàn)；符合得比較好得是陶瓷材料(離子鍵共價(jià)鍵，室溫下幾乎沒(méi)有自由電子)第14頁(yè)/共48頁(yè)第十四頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。153. 熱容的影響因素(自學(xué)) a. 合金成分 b. 相變，一級(jí)相變、二級(jí)相變；純鐵的熱容變化，

10、既有一級(jí)相變，也有二級(jí)相變第15頁(yè)/共48頁(yè)第十五頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。164. 熱容的測(cè)量第16頁(yè)/共48頁(yè)第十六頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。17第17頁(yè)/共48頁(yè)第十七頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。18第18頁(yè)/共48頁(yè)第十八頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。195. 熱分析法的應(yīng)用 根據(jù)材料在不同溫度下發(fā)生的熱量、質(zhì)量、體積根據(jù)材料在不同溫度下發(fā)生的熱量、質(zhì)量、體積等物理參數(shù)與材料結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，對(duì)等物理參數(shù)與材料結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，對(duì)材料進(jìn)行分析研究。材料進(jìn)行分析研究。1）差熱分析（）差熱分析（DTA）：在程序溫度控制下，測(cè)量試樣和參照物的溫度差隨溫度（）：在程序溫度

11、控制下，測(cè)量試樣和參照物的溫度差隨溫度（T）或時(shí)）或時(shí)間間(t)的變化關(guān)系的變化關(guān)系 2) 差示掃描量熱法差示掃描量熱法(DSC)：在程序溫度控制下用差動(dòng)方法測(cè)量加熱或冷卻過(guò)程中，在試樣和標(biāo)樣：在程序溫度控制下用差動(dòng)方法測(cè)量加熱或冷卻過(guò)程中，在試樣和標(biāo)樣的溫度差保持為零時(shí)，所要補(bǔ)充的熱量與溫度和時(shí)間的關(guān)系的分析技術(shù)的溫度差保持為零時(shí)，所要補(bǔ)充的熱量與溫度和時(shí)間的關(guān)系的分析技術(shù) 。3) 熱重法熱重法(簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱TG) ：在程序控制溫度下測(cè)量材料的質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種分析技術(shù)。：在程序控制溫度下測(cè)量材料的質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種分析技術(shù)。第19頁(yè)/共48頁(yè)第十九頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。20通過(guò)

12、物質(zhì)在加熱或冷卻過(guò)程中出現(xiàn)各種的熱效應(yīng)，如脫水、固態(tài)相變、熔化、凝通過(guò)物質(zhì)在加熱或冷卻過(guò)程中出現(xiàn)各種的熱效應(yīng)，如脫水、固態(tài)相變、熔化、凝固、分解、氧化、聚合等過(guò)程中產(chǎn)生放熱或吸熱效應(yīng)來(lái)進(jìn)行物質(zhì)鑒定固、分解、氧化、聚合等過(guò)程中產(chǎn)生放熱或吸熱效應(yīng)來(lái)進(jìn)行物質(zhì)鑒定 在陶瓷生產(chǎn)中可幫助確定各種原料配入量和制訂燒成制度在陶瓷生產(chǎn)中可幫助確定各種原料配入量和制訂燒成制度 在金屬材料研究中，熱分析方法也有廣泛的用途在金屬材料研究中，熱分析方法也有廣泛的用途第20頁(yè)/共48頁(yè)第二十頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。2111.3 熱膨脹1. 基本概念物體的體積或長(zhǎng)度隨溫度升高而增大的現(xiàn)象物體的體積或長(zhǎng)度隨溫度升高

13、而增大的現(xiàn)象第21頁(yè)/共48頁(yè)第二十一頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。22 質(zhì)點(diǎn)在平衡位置兩側(cè)時(shí)受力的情況質(zhì)點(diǎn)在平衡位置兩側(cè)時(shí)受力的情況并不對(duì)稱并不對(duì)稱，在質(zhì)點(diǎn)平衡，在質(zhì)點(diǎn)平衡位置位置r r0 0的兩側(cè)，合力曲線的斜率是不等的，當(dāng)?shù)膬蓚?cè)，合力曲線的斜率是不等的，當(dāng)r r r r0 0 時(shí)，曲時(shí)，曲線斜率較大，線斜率較大，r rr r0 0時(shí)，斜率較小，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)的平均位置就不在時(shí)，斜率較小，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)的平均位置就不在r r0 0處而要向右移動(dòng)因此相鄰質(zhì)點(diǎn)間平均距離增加，溫度越高，處而要向右移動(dòng)因此相鄰質(zhì)點(diǎn)間平均距離增加，溫度越高，振幅越大，質(zhì)點(diǎn)在振幅越大，質(zhì)點(diǎn)在r r0 0兩側(cè)受力不對(duì)稱情況

14、越顯著，平衡位置向兩側(cè)受力不對(duì)稱情況越顯著，平衡位置向右移動(dòng)得越多，相鄰質(zhì)點(diǎn)間平均距離也就增加得越多，以致晶右移動(dòng)得越多，相鄰質(zhì)點(diǎn)間平均距離也就增加得越多，以致晶胞參數(shù)增大，晶體膨脹。胞參數(shù)增大，晶體膨脹。 溫度升高，質(zhì)點(diǎn)平均位置移動(dòng)，晶體就膨脹；晶體中熱溫度升高，質(zhì)點(diǎn)平均位置移動(dòng)，晶體就膨脹；晶體中熱缺陷的形成將造成局部晶格的畸變和膨脹缺陷的形成將造成局部晶格的畸變和膨脹2. 熱膨脹機(jī)理第22頁(yè)/共48頁(yè)第二十二頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。233. 熱膨脹和其它性能關(guān)系1) 1) 熱膨脹和熱容的關(guān)系熱膨脹和熱容的關(guān)系 固體材料受熱引起的容積的膨脹是晶格振動(dòng)加劇的結(jié)果，晶格振動(dòng)的加劇是固

15、體材料受熱引起的容積的膨脹是晶格振動(dòng)加劇的結(jié)果，晶格振動(dòng)的加劇是原子原子( (離子離子) )熱運(yùn)動(dòng)能量的增大，升高單位溫度時(shí)能量的增量正是熱容。兩者的比值熱運(yùn)動(dòng)能量的增大，升高單位溫度時(shí)能量的增量正是熱容。兩者的比值接近于恒值接近于恒值第23頁(yè)/共48頁(yè)第二十三頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。242) 2) 熱膨脹和結(jié)合能、熔點(diǎn)的關(guān)系熱膨脹和結(jié)合能、熔點(diǎn)的關(guān)系 結(jié)合力越強(qiáng)的材料，熱膨脹系數(shù)越小結(jié)合力越強(qiáng)的材料，熱膨脹系數(shù)越小 結(jié)合能大的熔點(diǎn)較高，通常熔點(diǎn)高、膨脹系數(shù)?。唤Y(jié)合能大的熔點(diǎn)較高，通常熔點(diǎn)高、膨脹系數(shù)??；第24頁(yè)/共48頁(yè)第二十四頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。251)1)、化學(xué)成

16、分化學(xué)成分: :堿金屬高，過(guò)渡族低；合金堿金屬高，過(guò)渡族低；合金2)2)、鍵強(qiáng)度鍵強(qiáng)度 鍵強(qiáng)度高的材料，有低的熱膨脹系數(shù)鍵強(qiáng)度高的材料，有低的熱膨脹系數(shù)3)3)、晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)緊密的晶體熱膨脹系數(shù)都較大，而非晶態(tài)結(jié)構(gòu)比較松散的材料，有較小的熱膨脹系數(shù)。結(jié)構(gòu)緊密的晶體熱膨脹系數(shù)都較大，而非晶態(tài)結(jié)構(gòu)比較松散的材料，有較小的熱膨脹系數(shù)。 非等軸晶系的晶體，各晶鈾方向的膨脹系數(shù)不等，因?yàn)閷觾?nèi)有牢固的聯(lián)系，而層間非等軸晶系的晶體，各晶鈾方向的膨脹系數(shù)不等，因?yàn)閷觾?nèi)有牢固的聯(lián)系，而層間的聯(lián)系要弱得多。的聯(lián)系要弱得多。 層間膨脹系數(shù)為小，層內(nèi)的膨脹系數(shù)大。層間膨脹系數(shù)為小，層內(nèi)的膨脹系數(shù)大。 結(jié)構(gòu)上

17、高度各向異性的材料，體膨脹系數(shù)都很小，是一種優(yōu)良的抗熱震材料。結(jié)構(gòu)上高度各向異性的材料，體膨脹系數(shù)都很小，是一種優(yōu)良的抗熱震材料。4. 熱膨脹的影響因素(自學(xué))第25頁(yè)/共48頁(yè)第二十五頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。264) 4) 其他因素其他因素 相變、合金成分和組織、晶體結(jié)構(gòu)及鋼中組成相相變、合金成分和組織、晶體結(jié)構(gòu)及鋼中組成相 純金屬同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)重排伴隨著金屬比容突變純金屬同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)重排伴隨著金屬比容突變, ,導(dǎo)致線膨脹系數(shù)發(fā)生不連續(xù)導(dǎo)致線膨脹系數(shù)發(fā)生不連續(xù)變化變化 有序有序無(wú)序轉(zhuǎn)變時(shí)無(wú)體積突變，膨脹系數(shù)在相變溫區(qū)僅出現(xiàn)拐折無(wú)序轉(zhuǎn)變時(shí)無(wú)體積突變，膨脹系數(shù)在相

18、變溫區(qū)僅出現(xiàn)拐折 組成合金的溶質(zhì)元素對(duì)合金熱膨脹有明顯影響組成合金的溶質(zhì)元素對(duì)合金熱膨脹有明顯影響 多相合金的膨脹系數(shù)僅取決于組成相性質(zhì)和數(shù)量多相合金的膨脹系數(shù)僅取決于組成相性質(zhì)和數(shù)量 鋼的熱膨脹特性取決于組成相特性鋼的熱膨脹特性取決于組成相特性 第26頁(yè)/共48頁(yè)第二十六頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。27 第27頁(yè)/共48頁(yè)第二十七頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。285. 熱膨脹系數(shù)的測(cè)量1) 1) 簡(jiǎn)易熱膨脹儀簡(jiǎn)易熱膨脹儀第28頁(yè)/共48頁(yè)第二十八頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。292) 2) 光學(xué)熱膨脹儀光學(xué)熱膨脹儀標(biāo)樣和試樣，光杠桿放大膨脹量；標(biāo)樣和試樣，光杠桿放大膨脹量；3)

19、 3) 電膨脹儀電膨脹儀電感式、電容式等；目前應(yīng)用最多電感式、電容式等；目前應(yīng)用最多第29頁(yè)/共48頁(yè)第二十九頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。306. 熱膨脹的應(yīng)用(自學(xué))a.a.鋼的相變點(diǎn)和連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線；鋼的相變點(diǎn)和連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線；b.b.膨脹合金：低膨脹合金、定膨脹合金、高膨脹合金、復(fù)合材料膨脹匹配設(shè)計(jì)熱膨脹合金：低膨脹合金、定膨脹合金、高膨脹合金、復(fù)合材料膨脹匹配設(shè)計(jì)熱沉材料沉材料第30頁(yè)/共48頁(yè)第三十頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。3111.4 熱傳導(dǎo)a. 定義定義：當(dāng)固體兩端存在溫差時(shí)，熱量從熱端自動(dòng)地傳向冷端的現(xiàn)象：當(dāng)固體兩端存在溫差時(shí)，熱量從熱端自動(dòng)地傳向冷端的現(xiàn)象b. 導(dǎo)熱

20、系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù): 穩(wěn)定傳熱條件下，單位時(shí)間通過(guò)單位垂直截面積上的熱流密度，穩(wěn)定傳熱條件下，單位時(shí)間通過(guò)單位垂直截面積上的熱流密度，W/(mK)1. 熱傳導(dǎo)的概念第31頁(yè)/共48頁(yè)第三十一頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。32c. 導(dǎo)溫系數(shù)導(dǎo)溫系數(shù): 又稱熱擴(kuò)散率，又稱熱擴(kuò)散率， 單位單位m2/s；若材料棒各點(diǎn)的溫度隨時(shí)間變化，截面上各點(diǎn)溫度變；若材料棒各點(diǎn)的溫度隨時(shí)間變化，截面上各點(diǎn)溫度變化率：化率：ppcxTctT22式中cp為比定壓熱容，為材料密度，t為時(shí)間，不穩(wěn)定導(dǎo)熱，既有熱量傳導(dǎo)變化，又有溫度變化；不穩(wěn)定導(dǎo)熱，既有熱量傳導(dǎo)變化，又有溫度變化；越大，物體各處的溫差越小；越大，物體各處的溫差

21、越小；第32頁(yè)/共48頁(yè)第三十二頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。332. 熱傳導(dǎo)的微觀機(jī)理 固體導(dǎo)熱主要是由晶格振動(dòng)的格波和自由電子的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)固體導(dǎo)熱主要是由晶格振動(dòng)的格波和自由電子的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，此外還有部分光子輻射；現(xiàn)，此外還有部分光子輻射； 某一質(zhì)點(diǎn)處于較高的溫度狀態(tài)，它的熱振動(dòng)就較為強(qiáng)烈，某一質(zhì)點(diǎn)處于較高的溫度狀態(tài)，它的熱振動(dòng)就較為強(qiáng)烈，振動(dòng)較弱的質(zhì)點(diǎn)在振動(dòng)較強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)的影響下，振動(dòng)就會(huì)加劇，振動(dòng)較弱的質(zhì)點(diǎn)在振動(dòng)較強(qiáng)的質(zhì)點(diǎn)的影響下，振動(dòng)就會(huì)加劇，熱振動(dòng)能量就增加，熱量就能轉(zhuǎn)移和傳遞熱振動(dòng)能量就增加，熱量就能轉(zhuǎn)移和傳遞 。 第33頁(yè)/共48頁(yè)第三十三頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。34聲

22、子概念 量子理論認(rèn)為：一個(gè)諧振子的能量變化不能取任意值，只能是取量子能量的整數(shù)倍，一量子理論認(rèn)為：一個(gè)諧振子的能量變化不能取任意值，只能是取量子能量的整數(shù)倍，一個(gè)量子具有個(gè)量子具有h(普朗克常數(shù)乘以振動(dòng)頻率普朗克常數(shù)乘以振動(dòng)頻率)能量能量 ，晶格振動(dòng)中的能量是量子化的晶格振動(dòng)中的能量是量子化的 聲頻波看成彈性波，類似在固體中的聲波，把聲頻波的聲頻波看成彈性波，類似在固體中的聲波，把聲頻波的“量子量子”稱為稱為“聲子聲子” ；把格波傳播看成聲子后，就可以把格波與物質(zhì)的作用理解為聲子和物質(zhì)的碰撞，可以用氣體傳把格波傳播看成聲子后，就可以把格波與物質(zhì)的作用理解為聲子和物質(zhì)的碰撞，可以用氣體傳熱概念處

23、理；熱概念處理；第34頁(yè)/共48頁(yè)第三十四頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。35純金屬合金半導(dǎo)體絕緣體電子導(dǎo)熱為主聲子作用加大電子、聲子導(dǎo)熱各半聲子導(dǎo)熱為主只有在極高溫度下，才有光子導(dǎo)熱第35頁(yè)/共48頁(yè)第三十五頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。36 式中ci為聲子熱容，v為氣體分子速度，l氣體分子平均自由程第36頁(yè)/共48頁(yè)第三十六頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。37第37頁(yè)/共48頁(yè)第三十七頁(yè)，編輯于星期日：二十一點(diǎn) 四分。38氣相液相固相非金屬金屬 ;C)(mW398純銅 C)(mW7 . 2大理石C)(mW551. 0 ;C)(mW22. 2 :0水冰CC)(mW0183. 0蒸汽保溫材料：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，溫度低于保溫材料：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，溫度低于350350度時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)小于度時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)小于 0.12W/(mK