材料热力学课件-第五章-2

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第五章_对流换热原理-2

ij 21
22

23

31 32 33
式中 ij ,i 1,2,3; j 1,2,3 为应力张量，下标i表示作用面的方向，下标j则表示作用力的方向
通常将作用力和作用面方向一致的应力分量称为正应力，而不一致的称为切应力。
对于我们讨论的二维流场应力只剩下四个分量，记为
完整数学描述：对流换热微分方程组 + 单值性条件
单值性条件包括：几何、物理、时间、边界
① 几何条件：说明对流换热过程中的几何形状和大小，平板、圆管；竖直圆管、水平圆管；长度、直径等
②物理条件：说明对流换热过程物理特征，如：
物性参数、、c 和的数值，是否随温度
和压力变化；有无内热源、大小和分布
Q3＝dxdy1
Q3

2

u x
2

v y
2

u y

v x
2

dx dy 1
④单位时间内、微元体内焓的增量：
mcp
t

dxdycp
t

cp
t

dxdy
表面力作的功
a) 变形功；b) 推动功
（2）表面应力（法向+切向）作的功：a) 动能；b) 耗散热
耗散热（）：由表面粘性应力产生的摩擦
力而转变成的热量。
Q导热 + Q对流 = U热力学能 + 推动功 = H
对于二维不可压缩常物性流体流场而言，微元体的能量平衡关系式为：
Q1 Q2 Q3 H

in

无机材料科学基础第五章热力学应用

0 (KJ/mol) 49.36 GT
确定CaCO3的分解温度作 ΔGT0 ～ T 图，当 ΔGT0=0 时，求得 CaCO3 分解温度为： 1123K 由以上例题可以看出经典计算方法很复杂，尤其是复杂的固相反应。
近似法假设 ΔCP 不随温度而变（即 ΔCP=0 ），或把热容看作常数（即ΔCP=常数）。近似方程（1）：条件ΔCP=0 ΔG0T =ΔH0298 - TΔS0298
§5-1 热力学在凝聚态体系中应用的特点
凝聚态系统---没有气相或可以忽略气相的系统。硅酸盐系统属于凝聚态系统热力学在凝聚态体系中应用的特点：一﹑化学反应过程的方向性物理化学过程通常都发生在凝聚态系统中；一般都是多相体系，因为相组成复杂﹑质点扩散速度慢，凝聚系统很难达
到热力学意义上平衡，产物常处于亚稳态（玻璃体或胶体状
0 ' G 0 H T T.R R .298 R .T
'R .T ('R ) 生成物 ( 'R ) 反应物
i i
热力学势函数（Φ函数）是热力学基本函数的一种组合，没有什麽实际物理意义。Φ函数是个状态函数。
2. 热力学势函数法计算ΔGR0 Φ 函数法计算反应的Δ GR.TO的具体方法： ① 查出各物质的标准生成热Δ H0298、各温度下物质的ΔΦ T′ ② 计算反应的Δ H0298、R和ΔΦ T′ ③ 求出反应的Δ G0R、T，Δ GTO=Δ H0298-TΔΦ T′
求ΔGR.T
ΔG0R.T =ΔH0-Δa T lnT-1/2ΔbT2-1/2Δc T-1+y T
2﹑已知反应物和生成物的标准生成热ΔH0R.298﹑标准熵S0298 和
热容CP=f(T)，求ΔG0R，T （1）列出反应物、生成物的ΔH0R.298、S0298和CP中的 a、b、c （2）计算反应的ΔH0R.298、ΔS0298 和ΔCP 中的Δa、Δb、Δc ΔH0R.298=∑(niΔH0i.R.298)产物 -∑(niΔH0i.R.298)反应物

15热力学第五章2

3、不可逆循环的热效率必定小于同样条件下的可逆循环。
5-4 熵、热力学第二定律的数学表达式
熵是与热力学第二定律紧密相关的状态参数，是判断实际过程的方向，提供过程能否实现、是否可逆的判据。
一、状态参数熵的导出
Aab c T
1
gf e
2
B S
可逆循环1A2B1，用无数组 s 线细分，任意微元过程abfga可近似看成卡诺循环
70%
t
w q1
1200 2000
60%
可能
如果：W=1500 kJ
t
1500 2000
75%
不可能
1000 K
2000 kJ
A
1200 kJ 1500 kJ
800 kJ
500 kJ
300 K
卡诺定理分定理一
在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的种类无关，与采用工质无关。
不可逆绝热过程分析
S
Q
Tr
实际过程中除了与外界传热，还有其它因素影响熵
不可逆绝热过程 Q 0
dS 0
不可逆因素会引起熵变化总是熵增
本节总结
• 卡诺定理 • 熵的导出〔克劳修斯积分等式〕 • 克劳修斯积分不等式〔循环判据〕 • 过程熵变分析〔过程判据〕
课后作业
• 思考题5-6 • 5-7、5-8、5-10
2000 kJ
A
1200 kJ 1500 kJ
800 kJ
500 kJ
300 K
例题
• 有人设计一台热泵装置，在120～27℃之间工作，热泵消耗的功由一台热机装置供给。热机在温度为1200K和300K的两个恒温热源之间工作，吸热量QH=1100kJ，循环净功Wnet＝，问：〔1〕热机循环是否可行？是否可逆？〔2〕假设热泵设计供热量Q1=2400kJ，问热泵循环是否可行？是否可逆？〔3〕求热泵循环的理论最大供热量。

材料热力学第五章相图热力学

X
(2) 2 1

(5.13)

敞开系统的 d T V d P i d ni
i
dG SdT VdP i*dni RT ln X i dni RT ln i dni (5.14)
i i i
例氢关气系溶如解图度和所氢示气。压力的平方根的比
5.2
含图量的总变结化说对明于了氢在气熔溶融解铁度中的合影金响元。素
5.1

化学势定义为(2.40)
G i n i T , P , n j

引入活度，如式子(3.77)， with
k
(5.23)
将 ei 的定义代入，当X0→1时，根据3.84式的定义 % i / X i 100 M i / M 0 得：
j

( j) i
230 M i ( j ) M 0 M j ei M0 M0
(5.24)
相应的5.13式也可以写成：
log
% i
e %j
( j) i j
ai lim i 1 X i 1 X i

如果溶质浓度由重量百分比来表示，上面的式子可以表示为：(3.81)
a % i RT ln a & lim i 1 X 0 1 % i
i % i
% i
由 X 0 1（下标0表示溶剂）和温度以及压力可以确定系统的状态（此时）。 X 1 0和 X 2 0
(5.25)

对于图5.1中所示的氢溶解在低浓度的铁合金中，则5.25式可写成：
log
% H

05热力学第二定律

21
孤立系统熵增原理：
把系统和有关周围物质一起作为一种孤立系统，同步考虑系统和周围物质旳熵变，则可更加好地阐明过程旳方向性，从而突出地反应热力学第二定律旳实质。
当系统和温度为T0旳周围物质互换热量时,按照任意过程中系统
熵变化旳关系式，有
δQ
dS ≥ T0
而周围物质旳熵旳变化为
dS0
δQ T0
即不可逆过程系统熵变等于熵流和熵产旳代数和。熵流和热量具有相同旳符号；熵产则不同，它永远为正值，并伴随不可逆程度旳增长而增大。
2024年9月22日
第五章热力学第二定律
19
利用熵变旳性质判断过程旳不可逆性：
设任意不可逆过程a-b-c和任意可逆过程c-d-a构成一热力循环。按克劳修斯不等式有
abc
第五章热力学第二定律
20
绝热过程旳不可逆性旳判断：
绝热过程中，系统和外界不发生任何热互换，即δq 0 ，因而
按照上式有
ds≥0
对于有限过程，有
s2 s1 ≥0
不可逆绝热过程在T-s图上表达：
不可逆绝热过程旳熵变不小于零。
不可逆绝热过程线下面旳面积不代表过程热量。
2024年9月22日
第五章热力学第二定律
即当利用制冷机实现由低温物体向高温物体传递热量时，还必须消耗一定旳机械功，并把这些机械功转变为热量放出，以此作为由低温物体向高温物体传递热量旳补偿。
2024年9月22日
第五章热力学第二定律
4
热力学第二定律旳多种说法是一致旳，若假设能违反一种表述,则可证明必然也违反另一种表述。
假设机器A违反开尔文-普朗克说法能从高温热源取得热量而q1把它全部转变为机械功w0，即

材料热力学 ppt课件

相变）、无核相变（连续相变）。
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6
4.1 新相的形成和相变驱动力 4.2 马氏体相变热力学 4.3 珠光体转变（共析分解）热力学 4.4 脱溶分解热力学 4.5 调幅（Spinodal）分解热力学
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7
4.1 新相的形成和相变驱动力
4.1.1 新相的形成
材料发生相变时，在形成新相前往往出现浓度起伏，形成核胚再成为核心、长大。无论核胚是稳定相还是亚稳相，只要符合热力学条件都可能成核长大。因此，相变中可能出现一系列亚稳定的新相。
材料热力学
第四章相变热力学 / 第五章界面热力学
ppt课件
1
参考书目
徐祖耀主编，材料热力学，高等教育出版社， 2009.
赵乃勤主编，合金固态相变，中南大学出版社， 2008.
江伯鸿编著，材料热力学，上海交通大学出版社， 1999.
徐瑞等主编，材料热力学与动力学，哈尔滨工业大学出版社，2003.
基本内容：
计算相变驱动力，以相变驱动力大小决定相变的倾向，帮助判定相变机制，在能够估算临界相变驱动力的条件下，可求得相变的临界温度。相变驱动力与相变阻力的平衡。
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5
相变的分类：
1. 按热力学分类：一级相变、二级相变…… 2. 按原子迁移特征分类（固态相变）：扩散型
相变、无扩散型相变。 3. 按相变方式分类：形核-长大型相变（不连续
匀形核，因此所需的过冷度也小。
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第四章相变热力15 学
4.2 马氏体相变热力学
4.2.1 马氏体相变
高碳钢经淬火发生了马氏体相变，获得马氏体显微组织，具有很高的硬度，但塑性较差。
马氏体相变是钢件热处理强化的主要手段，要求高强度的钢都是通过淬火来实现。

动力热力学第05章热力学第二定律

§ 5-2 可逆循环分析及其热效率
一、卡诺循环（是两个热源的可逆循环）
组成：四个可逆过程—— 1.绝热压缩a—b；
2.定温吸热b—c；
3.绝热膨胀c—d； 4.定温放热d—a。
p
b •
•c a •
T
b• a•
•c
•d △s s
•d v
w net q1 q 2 q2 t 1 q1 q2 q1
1
TL 1 Th
卡诺循环，概括性卡诺循环，任意工质
作业：5－4。机械 1，4
§5-3 卡诺定理
定理一：在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的种类无关，与采用何种工质也无关。解释：热机C：理想气体，卡诺循环 T1
Q1 WC C Q2c
循环吸热 q1 Tds
1H2
• b T1 •2 • c T2 s
循环放热 q 2 Tds （大小）
1L2
• L ⊿s
根据中值定理：
q1 Tds T1s
1H2
q 2 Tds T 2 s
1L2
平均吸热温度：
T a • 1• d• H • • b T1 •2 • c T2 s 平均放热温度：
第二类永动机不可能实现（第二定律的又一说法）
第一类永动机：不消耗能量作功。违反第一定律。
第二类永动机：从单一热源吸热并全部转化功，即热效率为百分之百。违反第二定律。
从第二定律的表述上可以看出：
方向性问题比能量守恒问题更具直观性。故历史上先发现方向性问题，后发现能量转换与守恒。
为什么第二定律会有不同的说法？热现象是各种各样的，它们都有方向性的题。这个方向性问题，是各种不同热现象的共同本质。人们可以利用不同的过程揭示热现象的方向性的本质，故有不同的说法。

第五章二组元材料热力学

二组元材料的热力学理论是材料热力学最基本的内容。

Goal:以二元系相平衡(Phase equilibrium）为基础，分析材料学中的一些基本问题，掌握运用热力学分析材料平衡相成分以及平衡组织的基本方法。

5.1 两相平衡5.2 固-液两相平衡5.3 溶解度曲线5.4 固溶体间的两相平衡5.5 相稳定化参数For two phases to be in thermodynamic equilibrium, they must be in:1. Thermal equilibrium(Temps are equal).2. Mechanical equilibrium(Pressures are equal).3. Chemical equilibrium(equilibrium with respect to transfer of components).两相平衡的基本判据即平衡态判据(Equilibrium state criterion)：体系的Gibbs自由能为极小值（min），即:G = min, or, dG= 0A-B二元系，在P、T一定时，在α和β两相平衡共存的状态下，根据平衡态判据应该有：Gα+β= min,or, dGα+β= 0,dGα+β= dGα+dGβ=0两相平衡的热力学条件：每个组元在各相中的化学位相等.How about the condition for phases at equilibrium in single-component materials ?单组元的化学位就是摩尔自由能单组元材料两相平衡的热力学条件：m mG G αβ=Condition for phases at equilibrium相平衡的公切线法则(Common tangent law)两相平衡的化学势相等条件-公切线法则(Common tangent law)。

对两相的自由能曲线作公切线，可求出：两相平衡的成分范围平衡相的成分点。

第五章热力学第一定律-2

等容热效应等于体系内能的增量
讨论等容热的特点:
等容且非体积功为零：W=We + W’=0
△U = Qv + W = Qv 等容, 简单物理过程，相变化过程，化学变化过程。
结论：热虽不是一个状态函数，但在W’=0的等容过程中，它的值等于状态函数热力学能的增量。在等容这一过程中，系统与环境交换的热量只取决于初态和末态，而与具体的途径无关。
C v ,m
Cv n
注意：这是一个强度性质，单位是 J· -1· -1 K mol 针对简单物理过程，是显热。
3、简单物理变化过程等容热的计算： QV CV dT n Cv,m dT
Qv n Cv,m dT
T1
T2
当C v,m为常数时，
Qv n C v,m (T2 T1 )
如何求体系变化过程中的热？
§ 1-3热容，恒容热、恒压热
1. 热容 (heat capacity)
（显热：单纯pVT变化）
定义: 系统不发生相变化和化学变化时，体系温度升高1K 时，所需热量即为热容。单位 J · -1 K
Q δQ C ,C T dT
2.4.1
注意：系统变化无限小量时 Q, W为过程变量用 δQ, δW表示，状态函数变量用d X 表示
平均热容
Q Q C T T2 T1
真热容：
lim Q C dT 0 dT
2 影响C的因素
① 物质性质：物质不同，热容不同 ② 物质的量热容是广度量，与物质的量有关
1kg物质C ：比热容：c J -1 · -1·K-1 Kg 1mol物质C：摩尔热容：Cm J-1 · -1 · -1 mol K
T1

第5章热力学第二定律

q1 250 kJ
q3 100 kJ w0 200 kJ kg kg kg
q1 q 2 w0 q3
则 q2 w0 q3 q1 200 100 250 50 kJ kg
∴
w0 200 0.667 66 .7% q1 q2 250 50
T1 q2 R’ q2 T2 R q2 q1 w0
2.证明（违背开尔文*违背克劳修斯）
反证法：（引入一个正常工作的热机R与一个违背开尔文*说法的热机R1)
某违背了开尔文—浦朗克说法的热机 R1’ 自T1
T1
取热
q1’、使之完全变为功w0。让w0驱动制冷机R，
q2 ，同时向T1放热q2+q1’。
q1’
二）两种说法的一致性证明 1.证明：违背克劳修斯说法必将违背开尔文—浦朗克说法反证法：（引入一个正常工作的热机R与一个违背克劳修斯说法的热机R’)
可逆热机R工作于 T1 , T2 之间，吸热 q1、做功w0、放热q2。同时，不可逆热机R’ 使q2自动实现T2→ T1。这样两个热机联合工作的结果相当于热机自T1取热（ q1-q2 ），完全转化成了对外做功w0 ，因此违背了开尔文—浦朗克说法。
所以，卡诺循环的热效率为结论：
T2 c 1 T1
1）卡诺循环的热效率只取决于高﹑低热源的温度，而与工质的性质无关。
2） ηc ＜1
3）欲提高ηc ,可通过提高T1或降低T2的办法实现；当 T1→∞ ,T2→0时,ηc→1，即实际的ηc总是小于1。当 T1=T2时, ηc = 0，即单一热源的发动机是不能实现的（第二类永动机不能工作）。
( s6 s7 ) ( s7 s5 ) s6 s5 0

材料科学基础-第5章

其中ΔGV为单位体积内固液吉布斯自由能之差，V为晶体的体积，σ为界面能，A为界面的面积。一个细小的晶体出现后，是否能长大，决定于在晶体的体积增加时，其自由能是否为下
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第二节形核
一、自发形核
2. 临界大小
在一定过冷度下，ΔGV为负值，而σ恒为正值。可见晶体总是希望有最大的体
五、结晶的一般过程
温度变化规律：材料的熔体在熔点以上不断
散热，温度不断下降，到理论结晶温度并不是马上变成固态的晶体，继续降温而出现过冷。过冷到某一程度开始结晶，放出结晶潜热，可能会使其温度回升。到略低于熔点的温度时，放出的热量和散热可达到平衡，这时处于固定温度，在冷却曲线上出现平台。结晶过程完成，没有潜热的补充，温度将重新不断下降，直到室温。
第五章晶体生长与晶体缺陷
• 概述 • §5.1 液体的性质和结构 • §5.2 凝固的热力学条件 • §5.3 形核过程 • §5.4 晶体的长大 • §5.5 铸锭的组织 • §5.6 单晶体的凝固
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第五章晶体生长与晶体缺陷
• §5.7 玻璃态与金属玻璃 • §5.8 点缺陷 • §5.9 线缺陷 • §5.10 面缺陷
示为n为n单i 位n 体=积ex原p（子-数△小G/，knT）i为在n个原于中（含5.有1）i个原子的原子团数知目,当,△△GG增为加原时子，团n 与i 减数小目。相△同的G的单来个源原有子两的个自,一由个能与差固。、由液式相(5.1)
的自由能差有关,另一个是把固相与液相分开的界面能：前者在平衡温度时为零，低于熔点时为负值，高于熔点时为正值；后者永远为正值。
晶核而长大，所以金属凝固时，晶核必须要求等

传热学第五章_对流换热原理-2

3 能量微分方程
能量微分方程式描述流体温度场—能量守恒
[导入与导出的净热量] + [热对流传递的净热量] +[内热源发热量] = [总能量的增量] + [对外作膨胀功]
Q = E + W
Q — Q导热 Q对流 Q内热源
W — 体积力(重力)作的功表面力作的功（1）压力作的功： a) 变形功；b) 推动功（2）表面应力作的功：a) 动能；b)
流体的连续流动遵循质量守恒规律。
从流场中 (x, y) 处取出边长为 dx、dy 的微元体，并设定x方向的流体流速为u，而y方向上的流体流速为v 。 M 为质量流量 [kg/s]
单位时间内流入微元体的净质量 = 微元体内流体质量的变化。
mass balance
v v dy y
mass mass mass
作用力 = 质量加速度（F=ma）
①控制体中流体动量的变化率
从x方向进入元体质量流量在x方向上的动量：
v v dy y
udy 1 u
从x方向流出元体的质量流 u
量在x方向上的动量
dy
u u dx x
u u dx dy 1 u u dx
x x
dx v
从y方向进入元体的质量流量在x方向上的动量为：
作用在x方向上表面力的净值为 :
yx dxdy 1 x dxdy 1
y
x
作用在y方向上表面力的净值为
xy dxdy 1 y dxdy 1
x
y
斯托克斯提出了归纳速度变形率与应力之间的关系的黏性定律
xy
yx
u y
v x
x
p 2
u x
y

第五章热力学第二定律

16
5-3 状态参数熵及熵方程
三. 熵变的计算
1) 理想气体的熵变：已知初终态参数时，常采用第四章的公式计算。如：ds c p dT R dp
T p
2) 已知热量时：
δq ds T
注意：T是计算对象的温度，以它为主体确定热量正负
δQ dT 固体和液体的熵变：dS mc S T T
q
Tr
1 A2 T r

q
克劳休斯积分等式
1B 2 T r
的积分与路径无关，仅与初、终态有关必定是某个状态参数的全微分
q
Tr
ds dS
qrev
Tr

qrev
T
熵
Qrev
Tr

Q熵方程
注意：熵的定义式仅适用于可逆过程！物理意义：可逆过程中，熵变表征了工质与外界热交换的方向与大小。思考：熵的定义式 ds δqrev 由可逆过程导出，仅适用
1a 2 T r

q
2b1 T r
0

q
1a 2 T r
s2 s1
如1-a-2可逆，则：
1a 2 T r
q
综上：s2 s1 q ds q
Tr
热力过程的热力学第二定律表达式，利用该式判断过程是否可行、是否可逆！判断：熵增大的过程必为吸热过程；熵减小的过程必为放热过程；熵不变的过程必为可逆绝热过程。思考：不可逆过程中系统对外作功10kJ、放热5kJ，则熵变的正负？
二、逆卡诺循环
1. 过程：卡诺循环逆向进行
2. 经济性指标：
制冷系数： 1,c 供热系数： 2,c
小结： a. 逆向卡诺循环的经济指标仅取决于两热源温度，且随T1 的降低或 T2 的升高而升高； b. 逆卡诺循环的供热系数总大于1，而制冷系数理论上可>、=或<1，但由于(T1－T2)总小于T2，因此也大于1。

热学热力学第二定律

Q1
T dT
T
Q2
P 1 n 1 u 1 u(T )
3 33
Vቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
V
则循环功为
p 1 u(T ) 3
W V ( p dp p) Vdp
p
p dp p
内能变化只能来自体积旳增大
Q1
T dT
T
Q2
U u(T dT )V u(T )V
利用热力学第一定律
V
V
Q1 U ( p dp)V
温-熵图在工程中有很主要旳应用，一般由试验对于某些常用旳工作物质制作多种温-熵图以便于应用.
§5.3.4 熵增长原理(principle of entropy increase) 引入态函数熵旳目旳是建立热力学第二定律旳数学
体现式，以便能以便地鉴别过程是可逆还是不可逆旳。
一. 某些不可逆过程中熵变旳计算
[u(T ) p(T )]V
4u(T )V 3
热机效率
W Q
3dpV 4u(T )V
du 4u(T )
卡诺循环 (T dT ) T dT
T dT
T
dT du T 4u
u(T ) aT 4
热辐射定律
§5.3 熵与熵增长原理
§5.3.1 克劳修斯等式(Clausius equality) 根据卡诺定理，工作于相同旳高温及低温热源间旳全部
明熵旳微观意义，这是热力学这种宏观描述措施旳不足所
决定旳。
5. 虽然“熵”旳概念比较抽象，极难一次懂得很透彻，但伴随科学发展和人们认识旳不断进一步，人们已越来越深刻地认识到它旳主要性不亚于“ 能量”，甚至超出“能量”。
三. 不可逆过程中熵旳计算不可逆过程旳熵变旳计算有如下三种措施： 1. 设计一种连接相同初、末态旳任一可逆过程，然后计算熵

材料热力学第5章两相平衡

第五章两相平衡热力学
二组元材料的热力学理论是材料热力学最基本的内容，本章主要讨论二组元材料的两相平衡热力学问题。
某一个温度Ｔ下！
5. 二组元两相平衡热力学
以二元系相平衡(Phase equilibrium)为基础，分析材料学中的一些基本问题，掌握运用热力学分析材料平衡相成分以及平衡组织的基本方法。
5.3.1 第二相为纯组元时的溶解度
5.3.2 第二相为化合物时的溶解度
脱溶序列：
各个合计不同成分脱溶序列不一定相同，有些合金不一定出现G.P区或过渡相；
同一系不同成分的合金，在同一温度下时效，可能有不同脱溶序列。过饱和度大的合金更易出现G.P区或过渡相；
同成分合金，时效温度不同，脱溶序列也不一样。一般情况下，时效温度高，预脱溶阶段或过渡相出现的过渡结构较少。温度低时，则有可能只停留在偏聚区或过渡相阶段；
在成分一定（如C3）时，温度低(T1)三种结构的产物均可析出，温度稍高(T2)只可能析出过渡相及平衡相，更高温度(T3)则只能析出平衡相。
5.4 固溶体间的两相平衡
5.5 相稳定化参数
如合金固态存在着α及β两相，两相在某温度T1时的自由能-成分关系曲线见图。由公切线定律可确定某一合金(x0) T1时平衡的α及β相成分。作不同温度下的自由能-成分关系曲线，则由一系列的平衡α及β相成分可得β相在α相中的固溶度曲线。；
若此合金系可能出现过渡相及G.P区，它们的自由能成分关系曲线分别为G过和GGP区，G.P的结构总与基体相同，所以其自由能曲线与基体自由能曲线连在一起。
根据公切线定律同样可确定过渡相及G.P区在α相中之固溶度曲线。
亚稳定相图 1.β相固溶度曲线；2.过渡相(β’) 固溶度曲线；3. G.P区固溶度曲线

工程热力学-第五章热力学第二定律之卡诺循环

即 wnet q1 循环净功小于吸热量，必有放热q2。
3）若TL TH ,c 0 第二类永动机不可能制成。
4）实际循环不可能实现卡诺循环，原因： a）一切过程不可逆； b）气体实施等温吸热，等温放热困难； c）气体卡诺循环wnet太小，若考虑摩擦，输出净功极微。
5）卡诺循环指明了一切热机提高热效率的方向。
第五章热力学第二定律之
卡诺循环
CONTENTS
01. 卡诺循环 02. 概括性卡诺循环 03. 多热源可逆循环 04. 卡诺定理
01. 卡诺循环
01
卡诺循环及其热效率
1 绝热压缩 2 2 等温吸热3 3 绝热膨胀 4 4 等温放热1
是两个热源的可逆循环
THANK YOU
2. 多热源可逆循环
q
2 1
Tds

Tm

s2

s1

2
Tds
Tm

1
s2

s1
注意：1）Tm 仅在可逆过程中有意义
2)
Tm

T1
T2 2
循环热效率归纳：twnet q1
1 q2 q1
1 Tm放 Tm吸
1 TL TH
适用于一切工质，任意循环适用于多热源可逆循环，任意工质适用于卡诺循环，概括性卡诺循环,任意工质
04. 卡诺定理
04 表述一
在相同温度的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的种类无关，与采用哪种工质也无关。
表述二
在同为温度T1的热源和同为温度 T2的冷源间工作的一切不可逆循
环，其热效率必小于可逆循环热效率。

材料科学基础-第五章-材料的相结构及相图-PPT

相图上为一条垂直线。
Mg2Si
Mg—Si相图
(2)电子化合物
由ⅠB族或过渡金属元素与ⅡB，ⅢB，ⅣB族元素
形成的金属化合物。
不遵守化合价规律，晶格类型随化合物电子浓度而
变化。
电子浓度为3/2时：呈体心立方结构（b相）；
电子浓度为21/13时：呈复杂立方结构（g相）；
电子浓度为21/12时。呈密排六方结构（e相）；
体。
III. 电负性差因素
IV. 两元素间电负性差越小，越易形成固溶体，且形
成的固溶体的溶解度越大；随两元素间电负性差
增大，固溶度减小。

1）电负性差值ΔX<0.4~0.5时，有利于形成固溶体
2）ΔX>0.4~0.5，倾向于形成稳定的化合物
IV. 电子浓度因素
V. 电子浓度的定义是合金中各组成元素的价电子数总
子的价电子数恰好使负离子具有稳定的电子层
结构。
金属元素与周期表中的ⅣA，ⅤA，ⅥA元素
形成正常价化合物。
有较高的硬度，脆性很大。
例如：Mg2Si、Mg2Sn、Mg2Pb、MgS、MnS等
(1)正常价化合物
正常价化合物的分子式只有AB，A2B或AB2两种。
常见类型：
NaCl型
CaF2型
Cu原子形成四面体(16个)。
每个镁原子有4个近邻镁原子和12个近邻铜原子；
每个铜原子有6个近邻的铜原子和6个近邻的镁原子
。
Cu
Mg
II. 拉弗斯（Laves）相
②MgZn2型：六方晶系。
Mg原子形成硫锌矿结构；Zn原子形成四面体。
每个Mg原子有4个近邻Mg原子和12个近邻Zn原
子。
每个Zn原子有6个近邻Zn原子和6个近邻Mg原子

材料热力学第五章

第五章马氏体转变热力学
γ奥式体 α马氏体
第五章
转变温度
从合金热力学可知，成
分相同的奥氏体与马氏
体的自由焓G均随温度的升高而下降。但下降的速率不同，两曲线必相交于一个特征温度T0
马氏体和奥氏体的自由焓与温度的关系
第五章
与其他转变一样，马氏体的形成将导致界面能和弹性能的产生。为此马氏体转变，或马氏体逆转变并非在T0开始，分别需要过冷和过热。只有自由焓差足够大，直至 Ms(马氏体转变起始温度)或As(马氏体逆转变起始温度)，
第五章马氏体相变基本特征
马氏体转变时，只需点阵改组而无需成分的变化(溶质原
子无需扩散)，转变速度非常快。实验证明Fe-C和Fe-Ni
合金在－20~－196℃温度之间成核并生长成一片完整的马氏体仅需0.5~0.05μs，接近绝对零度时，形成速度仍然很高。在这样低的温度下，原子扩散速度极慢，依靠扩散实现快速转变是根本不可能的，是无扩散型相变。
第五章
第五章相变热力学
综述 1、相变的分类：依机理、热力学、质点是否参与扩散 2、相变过程的不平衡状态及亚稳区 3、相变过程的温度条件、浓度条件 4、纯金属凝固转变热力学
第五章
1、相变的分类：依机理、热力学、质点是否参与扩散按相变发生的机理分类
1、成核-生长机理（nucleation-growth transition）
形核长大
固溶体脱溶有两种不同方式
调幅分解
究竟采用哪种方式，决定于合金的成分和体系的温度，即决定于在特定温度下的自由能-组成曲线的形状固溶体自由能曲线分析调幅分解
一、固溶体自由能曲线分析
固溶体的性质与摩尔自由能曲线性质的关系
第五章