材料的熱學(xué)性能ppt課件(編輯修改稿)
2025-02-10 21:49 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 度不均勻或兩個溫度不同的物體相互接觸 ， 熱量便會自動的從高溫度區(qū)向低溫度區(qū)傳播 。 穩(wěn)態(tài)傳熱 —— 傅里葉定律 非穩(wěn)態(tài)傳熱 材料的導(dǎo)熱性 2 導(dǎo)熱的微觀機制 固體中的導(dǎo)熱主要靠晶格振動的格波（聲子）和自由電子的運動來實現(xiàn)： λ:聲子熱導(dǎo)率， λr：電子（光子）的熱導(dǎo)率 除金屬外，一般固體特別是離子或共價鍵晶體中自由電子很少。 r??? ??聲子和聲子傳導(dǎo) ? 把聲頻支格波看成是一種彈性波，類似于在固體中傳播的聲波。因此，就把聲頻波的量子稱為聲子。 ? 熱傳導(dǎo)是聲子 質(zhì)點的碰撞，熱阻是聲子 聲子的碰撞。 ? 固體（聲子）熱導(dǎo)率的普適性公式（聲子的速度與角頻率無關(guān)） ： ? 熱容 C和平均自由程 l都是振動頻率 v的函數(shù) ? 熱導(dǎo)率的大小主要取決于 C和 l ( ) ( ) ? ? dv v l v C ? ? 3 1 光子熱導(dǎo) ? 固體中分子、原子和電子的振動、轉(zhuǎn)動等運動狀態(tài)的改變會輻射出頻率較高的電磁波，頻譜包括了 一定波長 的熱射線，其熱傳導(dǎo)方式與光在介質(zhì)中傳播現(xiàn)象類似，也有光的散射、衍射、吸收、反射和折射等，故稱為 光子傳導(dǎo) 。 ? 熱傳導(dǎo)是聲子 質(zhì)點的碰撞，熱阻是聲子 聲子的碰撞。 ? 固體（光子）熱導(dǎo)率公式（ 輻射傳熱中，容積熱容相當于提高輻射溫度所需的能量 ） ： rr lTn32316 ?? ??? 熱導(dǎo)率的大小主要取決于平均自由程 lr和溫度 T。 ?材料透明度與 lr的變化趨勢一致。 純金屬 a) 溫度 對于純銅 ， 分為三個區(qū) Ⅰ 區(qū) T增大 ， λ增大 Ⅱ 區(qū) T增大， λ不變 Ⅲ 區(qū) T增大， λ減小 鉍，銻金屬熔化時，熱導(dǎo)率上升一倍，共價鍵減弱，金屬鍵加強。 b)晶粒大?。?晶粒粗大，熱導(dǎo)率高 c)各向異性： 立方晶系與晶向無關(guān)，非立方各向?qū)浴? d)雜質(zhì)： 強烈影響 影響熱導(dǎo)率的因素 銅合金的性能 Properties of copper alloy 材 料 組 成 熱膨脹系數(shù) 106/℃ 熱導(dǎo)率 W/(mK) 電導(dǎo)率 IACS％ 純銅 Cu 388399 95101 黃銅 CuZn 2960 3057 錫青銅 CuSn 1220 918 鋁青銅 CuAl 60100 817 硅青銅 CuSi 37104 1028 錳青銅 CuMn 108 616 白銅 CuNi 17 130 20 影響熱導(dǎo)率的因素 合金 a) 無序固溶體 ：濃度增加 ， 熱導(dǎo)率減小 ， 最小值一般在 50%處 。 b)有序固溶體 ：熱導(dǎo)率提高，最大值對應(yīng)于有序固溶體的成分。 c)鋼中的合金元素，雜質(zhì)及組織狀態(tài)都影響其熱導(dǎo)率。 奧氏體 淬火馬氏體 回火馬氏體 珠光體 影響熱導(dǎo)率的因素 無機非金屬的熱傳導(dǎo)： 1） 傳導(dǎo)機制 ：導(dǎo)熱主要靠 聲子 ， 還有 光子 導(dǎo)熱 。 2） 熱導(dǎo)率的影響因素： a)溫度 ：單晶 Al2O3 分為四個溫度區(qū)間 迅速上升區(qū) 極大值區(qū) 迅速下降區(qū) 緩慢下降區(qū) b) 化學(xué)組成 ： 對于無機非金屬材料：材料結(jié)構(gòu)相同 ， 相對原子質(zhì)量小 ， 密度小 ， 彈性模量大 ， 德拜溫度越高 ， 熱導(dǎo)率越大 。 輕元素的固體和結(jié)合能大的固體熱導(dǎo)率大 。 對于固溶體：降低熱導(dǎo)率 影響熱導(dǎo)率的因素 c)晶體結(jié)構(gòu)的影響 ：晶格結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ， 則熱導(dǎo)率下降 。 d) 非晶熱傳導(dǎo)有其特殊性 ： ① 不考慮光子導(dǎo)熱 ， 在所有溫度下 ，非晶導(dǎo)熱低于晶體； ② 在較高溫度下熱導(dǎo)率比較接近 ③ 非晶熱導(dǎo)隨溫度變化沒有出現(xiàn)極值 。 影響熱導(dǎo)率的因素 各種材料的導(dǎo)熱率 ? 金屬材料有很高的熱導(dǎo)率 ? 自由電子在熱傳導(dǎo)中擔當主要角色； ? 金屬晶體中的晶格缺陷、微結(jié)構(gòu)和制造工藝都對導(dǎo)熱性有影響； ? 晶格振動 ? 無機陶瓷或其它絕緣材料熱導(dǎo)率較低。 ? 熱傳導(dǎo)依賴于晶格振動（聲子）的轉(zhuǎn)播。 ? 高溫處的晶格振動較劇烈，再加上電子運動的貢獻增加，其熱導(dǎo)率隨溫度升高而增大。 ? 半導(dǎo)體材料的熱傳導(dǎo)： ? 電子與聲子的共同貢獻 ? 低溫時，聲子是熱能傳導(dǎo)的主要載體。 ? 較高溫度下電子能激發(fā)進入導(dǎo)帶，所以導(dǎo)熱性顯著增大。 ? 高分子材料熱導(dǎo)率很低 ? 熱傳導(dǎo)是靠分子鏈節(jié)及鏈段運動的傳遞，其對能量傳遞的效果較差。 熱導(dǎo)率的測量 ? 穩(wěn)態(tài)法： ? 理論基礎(chǔ)：傅里葉
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