熱導(dǎo)率的測量ppt課件(已修改)
2025-05-16 05:25 本頁面
【正文】 熱導(dǎo)率的測量 熱導(dǎo)率的定義與物理基礎(chǔ) 當(dāng)固體中溫度 分布不均勻時 ,將會有熱能從高溫處流向低溫處 ,這種現(xiàn)象稱為熱傳導(dǎo) . 如果定義熱流密度 J 表示單位時間內(nèi)通過單位截面?zhèn)鬏數(shù)臒崮? 實驗證明熱流密度與溫度梯度成正比 ,比例系數(shù) ? 稱為熱傳導(dǎo)系數(shù)或熱導(dǎo)率 它與材料的性質(zhì)有關(guān) . 為簡單起見 ,假設(shè)溫度 T僅是 x的函數(shù) , 在垂直 x的平面內(nèi)溫度 是均勻的 , 則有 dxdTJ ???負(fù)號表示熱能傳輸總是從高溫流向低溫 . 固體中可以通過電子運動導(dǎo)熱 ,也可以通過格波的傳播導(dǎo)熱 ,前者稱為電子導(dǎo)熱 后者稱為晶格熱導(dǎo) .絕緣體和一般半導(dǎo)體中的熱傳導(dǎo)主要是靠了晶格的熱導(dǎo) . 如果把晶格熱運動系統(tǒng)看成是聲子氣體 ,平均聲子數(shù)由溫度決定 1)/e xp(1???Tkn Bi??當(dāng)樣品內(nèi)存在溫度梯度時 ,聲子氣體的密度分布是不均勻的 ,高溫處聲子密度高 ,低溫處聲子密度低 ,因此聲子氣體在無規(guī)運動地基礎(chǔ)上產(chǎn)生平均的定向運動 ,即聲子的擴散運動 .聲子是晶格振動的能量量子 ,聲子的定向運動就意味有熱流存在 ,熱流的方向就是聲子平均的定向運動的方向 .因此晶格熱傳導(dǎo)可以看成是聲子擴散的結(jié)果 . 和氣體熱導(dǎo)率的導(dǎo)出類似 , 固體熱導(dǎo)率可以表示為 vck ?31?導(dǎo)熱系數(shù)隨材料的成分、結(jié)構(gòu)和溫度變化很大，用實驗方法測定導(dǎo)熱系數(shù)幾乎成為研究物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)的唯一途徑。一般來說，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)最大 ， 非金屬固體次之，液體較小，氣體最小。表列舉了一般情況下各類物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)的大致范圍，其中數(shù)據(jù)表明了氣體、液體和固體的導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)量級范圍。 物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)量級 物質(zhì)種類 氣體 液體 非導(dǎo)固體 金屬 絕熱材料 ?（ W/(m.℃) ～ ～ ～ 15～ 420 固體的導(dǎo)熱系數(shù) ? 在所有固體中，金屬是最好的導(dǎo)熱體，大多數(shù)純金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而降低。金屬的純度對導(dǎo)熱系數(shù)影響很大，其導(dǎo)熱系數(shù)隨其純度的增高而增大，因此合金的導(dǎo)熱系數(shù)比純金屬要低。 ? 非金屬的建筑材料或絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度、組成及結(jié)構(gòu)的緊密程度有關(guān)，一般 ?值隨密度增加而增大，亦隨溫度升高而增大。對大多數(shù)均質(zhì)固體，其 ?值與溫度近似呈線性關(guān)系，即 )1(0 T??? ??其中 ?0是溫度為 0℃ 時的導(dǎo)熱系數(shù) , ?稱為 溫度系數(shù)，對大多數(shù)金屬材料，它為負(fù)值；而對大多數(shù)非金屬材料，為正值； 液體的導(dǎo)熱系數(shù) 由于液體分子間相互作用的復(fù)雜性，液體導(dǎo)熱系數(shù)的理論推導(dǎo)比較困難，目前主要依靠實驗方法測定。 液體可分為金屬液體（液態(tài)金屬）和非金屬液體。液態(tài)金屬的導(dǎo)熱系數(shù)比一般的液體要高。大多數(shù)金屬液體的導(dǎo)熱系數(shù)均隨溫度的升高而降低。 在非金屬液體中，水的導(dǎo)熱系數(shù)最大。除水和甘油外，大多數(shù)非金屬液體的導(dǎo)熱系數(shù)亦隨溫度的升高而降低。液體的導(dǎo)熱系數(shù)基本上與壓力無關(guān)。一般來說，純液體的導(dǎo)熱系數(shù)比其溶液的要大。溶液的導(dǎo)熱系數(shù)在缺乏實驗數(shù)據(jù)時，可按純液體的 ?值進行估算。
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