热膨胀与其他物理性能的关系

热膨胀与其他物理性能的关系
1、热膨胀与结合能、熔点的关系 2、热膨胀与温度、热熔的关系 3、热膨胀与结构的关系
热膨胀：物体的体积或长度随着温度的升高 而增大的现象
假设物体原来的长度为L0,温度升高△T后长 度增量为△L，实验指出它们存在如下关系式：
α=ΔL/(L0*ΔT) α称线膨胀系数，即温度变化1℃物体单位长 度的变化量。大多数情况下，无机材料的 α 并不是一个常数，而是随温度稍有变化。
谢谢
表2-6 某些单质晶体的原子半径与结合能、熔点及膨胀系数的关系
单质材料
ro
(10-10m)
结合能 ×103J/m ol
熔点(oC) l(×10-6)
金刚石 1.54
硅
2.35
锡
来自百度文库
5.3
712.3
3500
2.5
364.5
1415
3.5
301.7
232
5.3
结合能与熔点的关系
• 由于物质的熔点是其结合强度的强弱的表 征之一。由此可知，熔点高的材料，膨胀 系数较小。
1热膨胀与结合能、熔点的关系
• 结合能：是指两个或多个粒子结合成更大 的微粒释放的能量，或相应的微粒分解成 原来的粒子需要吸收的能量，这两种表述 是等价的。
• 熔点：是固体将其物态由固态转变(熔化)为 液态的温度。
热膨胀与结合能的关系
• 热膨胀和质点的位能性质有关，即与质点 间的结合力有关。结合力越强，势能曲线 深而狭窄，升高同样的温度差，质点振幅 增加得越少，平均位置增量越少，热膨胀 系数越小。因此，膨胀系数较少。即结合 能越大，膨胀系数越小。
• 。Al2O3的热膨胀系数和热容随温度变化的 关系曲线
3、热膨胀与结构的关系
☺ 结构紧密的固体，膨胀系数大，反之，膨胀系数小。
对于氧离子紧密堆积结构的氧化物，相互热振动导致膨胀 系数较大。
如：MgO、 BeO、 Al2O3、 MgAl2O4、BeAl2O4都具有相当 大的膨胀系数。
固体结构疏松，内部空隙较多，当温度升高，原子振幅加 大，原子间距离增加时，部分的被结构内部空隙所容纳，宏观 膨胀就小。 如：石英 12×10-6 /K，石英玻璃0.5×10-6/K。
• 线膨胀系数与熔点的关系亦可由经验公式 表示 αlTm=b
式 常中数，。αl为线膨胀系数；Tm为金属熔点；b为 由上式亦可知熔点与热膨胀系数的关系
如图给出了金属、非金属元素的热 膨胀系数与熔点之间的关系
2、热膨胀系数与温度、热容的关系
• 热膨胀是固体材料受热以后晶格振动加剧 而引起的容积膨胀，而晶格振动的激化就 是运动能量的增量，升高单位温度时能量 的增量也就是热容的定义。所以线膨胀系 数与热容密切相关并有着相似的规律。格 留涅申(Geuneisen)从晶格振动理论推导出 金属热膨胀系数与热容之间的关系式（称 为格留涅申关系式）为
V

rCV K 0V
l

rCV 3K0V
• 式 数中；k，0α为l和绝α对l分零别度为时体的膨体胀积系弹数性和模线量膨；胀v系是 体积；Cv是恒容热；r为常数，表示原子非 线性振动的物理量。
• 格留涅申定律指出：体膨胀与恒容热容成正比，他们有相似的温
度依赖关系，在低温下随温度升高而急剧增大，而到高温则趋于 平缓