材料物理性能热1答案

组织敏感性：内耗，电阻率，磁导率（成分及组织）， 研究与组 织的关系，为合理制定生产工艺提供规律性的指导 5. 为确定产品的可靠性分析模型提供必要的物理性能
用途和应用领域
• 微处理器的盖和散热 片：
第2章 材料的热性能
2.1 材料的热容 2.2 材料的热膨胀 2.3 材料的热传导 2.4 材料的热电效应
3) 德拜热容模型：
CV ,m
E T
V
3N
Ak
h
kT
2
exp
h
kT
exp
h
kT
12
() 为频率态密度
CV ,m
E T
V
m 0
k
h
kT
2
exp
h
kT
exp
h
kT
12
()d
2.1 材料的热容
3) 德拜热容模型：
CV ,m
3R[12( T )3
D
D T
Cm CmA Cme AT3 BT
2.1 材料的热容
2） 德拜温度
是反映固体的许多特性的重要标志。
在熔点时，原子振幅达到使晶格破坏的数值，m 和熔点Ts有：
2.1 材料的热容
1.固体热容理论简介
热容（Heat capacity）：一定量的物质在一定条件下温度升高1K所需要 的热，是用以衡量物质所包含的热量的物理量，用符号C 表示，单位是 J·K-1。
定压热容和定容热容： 等压条件下的热容称定压热容，用符号Cp表示； 等容条件下的热容称定容热容，用符号CV表示。
参考教材
• 《材料物理性能》，田莳编著，北京航空航天大学出版社， 2004年。
• 《材料物理性能》，邱成军主编，哈尔滨工业大学出版社， 2007年。
• 《材料物理性能》，郑冀等编著，天津大学出版社，2008 年。
• 《材料的性能》，赵新兵等著，高等教育出版社，2006年。
第1章 绪论
• 材料（material）：材料是人类用于制造物品、器件、构 件、机器或其他产品的那些物质。
h
exp
h
kT
1
2.1 材料的热容
2)爱因斯坦热容模型：
由等容热容定义得：
CV ,m
E T
V
3N
Ak
h
kT
2
exp
h
kT
exp
h
kT
2
1
3RfE E
/T
讨论：
（1） 晶体处于较高温度时，kT>>hv, hv/kT<<1, 爱因斯坦函数趋向于1，此时：
CV,m=3R=24.91J/mol/k, 与杜隆-珀替定律是一致的，在温度较高时，比较准 确。
（2）温度很低时，hv>>kT，则有：
CV ,m
3NAk
E
T
2
exp
E
T
实验表明：在低温时，热容和T3成正比，上式比实验值更快的趋于0.
2.1 材料的热容
3) 德拜热容模型：
模型：晶体中各原子 间存在弹性斥力和引力， 这种力使原子的热振动相 互受牵连和制约，相邻原 子间协调齐步地振动。
2.1 材料的热容
• 20世纪70年：信息、材料和能源 （文明的三大支柱）
• 80年代以高技术群为代表的新技术革命，又把新材料、信 息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。
• 分类：金属材料，无机非金属材料，高分子材料
•
结构材料与功能材料
第1章 绪论
• 材料性能是一种用于表征材料在给定的外界条件下的行为 的参量。
kT
2.1 材料的热容
2)爱因斯坦热容模型：
温度为T，振动频率为v的谐振子平均能量为：
0
nh
exp
nh
kT
0
exp
nh
kT
h
exp
h
kT
1
一摩尔晶体有NA个原子，每个原子有3个自由度，共有3 NA 个自由度，每个自 由度相当于有一个谐振子在振动：晶体振动的平均能量为：
E
3NA
3N A
• 材料使用中表现有多少行为，就对应有多少性能。外界条 件不同，相同的材料也会有不同的性能。多数的性能都有 量纲。为了便于学习、测试和研究，常采用不同的标准来 划分性能
第1章 绪论
• 物理性能：电，介电，热，光，磁，弹性和内耗 • 力学性能：强度 耐压 抗折 韧性 刚性 • 化学性能：抗氧化性能 耐腐蚀性能 抗酸、抗碱
材料物理性能
主讲教师：朱鼎 电子邮件：zd-0118@ 办公地址：5号楼329室
考核方式
• 本课程采用笔试方式考核。课程总评成绩 由平时成绩（占30%）和期末考试成绩两 部分构成，平时成绩中实验成绩占10%， 出勤、作业、课堂测验、学习主动性等占 20%。
课堂三定律
• 第一定律，手机不能响 • 第二定律，后排不能坐 • 第三定律，作业不能抄
• 工艺性能：可塑性、流动性等 • 使用性能：耐磨性等
第1章 绪论
意义：
1. 制造和发展功能材料的基础 2. 对要求综合性能的结构材料而言，物理性能也是极为重要的。 （航天飞机，热障涂层） 3. 利用材料的物理性质变化探讨材料内部的微观情况是一个重要的 研究方法。 4. 非组织敏感：弹性模量，热膨胀系数，居里点（成分）
0
3d exp
1
3D
T
exp(D )
] 1
T
式中， D
为德拜特征温度，D
hm
k
h
kT
• 当 T ? D
CV,m 3R
当 T = D
CV,m
12 4R( T
5
D
)3
2.1 材料的热容
2.金属和合金的热容
1） 金属的热容 Ⅰ区 Cm∝T Ⅱ区 Cm∝T3 Ⅲ区 Cm>3R
对于金属：其载流子主要是声 子和电子。低温时有：
比热容： 1千克物质的热容，用c表示，单位是J·kg-1·K-1。 摩尔热容： 1摩尔物质的热容，用Cm表示，单位是J·mol-1·K-1。
对于固体和液体来说，Cp和CV近似相等，但是在要求较高的计算中不能忽略。 对于理想气体来说，Cp,m − CV,m = R，其中R是理想气体常数
2.1 材料的热容
2.1 材料的热容
2)爱因斯坦热容模型：
前提：晶格中每个分子独立地振动，振动的频率为v,
把原子的振动视为谐振子，谐振子具有0点能，谐振子的
能量为：
En
nh
1 2
h
En为频率为v的谐振子振动能，n为声子量子数，取 0，1，2，3… 具有能量为En的谐振子数目为：
exp(En) exp( nh )
kT
1.固体热容理论简介
1)杜隆-珀替定律：
气体分子的热容理论用于固体，用经典的统计力学处理，晶体有 N个原子，总的平均级能量3NkBT, N=NA, 摩尔热容为：
CV ,m
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
U T
V
3NAkB
3R
24.91J gmol 1gK 1
热容是一个固定不变的与温度无关的物理量，只用于除Si, C, B以 外的一部分单原子金属。