第一章 材料的热学性能
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
材料物理性能检测标准
中国计量学院 标准化学院 主讲：史耀君
课程体系
大学物理
标准化入门
标准化基础
材料科学基础
标准化原理
材料标准化 材料物理性能检测标准
课程介绍
《材料物理性能检测标准》是标准化工程专业材料标准化方向教学计 划中一门理论性和实践性很强的专业基础课。 该课程在学习《高等数学》、《大学物理》、《材料科学基础》等课 程的基础上，学习有关材料物理性能等分析测试的基本理论和技术，
为后续材料专业检测标准学习打基础。
课程的任务是通过本课程的学习，使学生掌握材料热学、电学、磁学、 光学和弹性等性能的分析测试标准化方法与技术。学生通过本课程的
学习，可以在以后制定材料检测技术标准的学习和研究过程中应用所
学的知识分析问题、解决问题。
课程介绍
成绩构成：平时成绩（30%）+期末考试（70%） 平时成绩：课堂出勤、课堂回答、课后作业、实践 环节等。 考核方式：考试
工业炉衬、建筑材料、以及航天飞行器重返大气层的隔热 材料要求具有优良的隔热性能；
晶体管散热器等要求优良的导热性能……
1.1 概述
热性能的物理本质：晶格热振动
根据牛顿第二定律，一维简谐振动方程为：
dxn2 m 2 ( x n 1 x n 1 2 x n ) dt
式中：
3
4 5 6
第六章
核物理检测方法及其应用
课程介绍
1 实践一 材料导电性能的测量 2 实践二 振动样品磁强计（VSM）测试及分析 3 实践三 BH测试仪及其PFM磁性测量系统 4 实践四 材料弹性模量的测量
课程介绍
教学内容 第一章 材料的热学性能 第二章 材料的电学性能 第三章 材料的磁学性能 第四章 材料的光学性质 第五章 材料的弹性及内耗分析 第六章 核物理检测方法及其应用 教学时数（22） 2 4 6 4 4 2
1
材料导电性能的测量
2
综合
必做
2
振动样品磁强计（VSM）测 试及分析
4ห้องสมุดไป่ตู้
综合
必做
3
BH测试仪及其PFM磁性测 量系统
2
综合
必做
4
材料弹性模量的测量
2
综合
必做
引言
材料科学与工程四要素
引言
引言 材料的物理性能有哪些？
电、介电、热、光、磁、弹性和内耗
本课程的学习就是以上述这些物理性能为主要内 容，研究其物理本质、测试方法以及测试标准。
n i
(热运动能量)i = 热量
1.1 概述
晶格振动的传播：以弹性波（格波）的形式。
由于材料中质点间有很强的相互作用力，因此一个质点 的振动会使临近质点随之振动。因相邻质点间的振动存在一 定的相位差，故晶格振动以弹性波的形式（格波）在整个材 料内传播。弹性波是多频率振动的组合波。 晶格振动对晶体的物理性质有影响.
1.2 材料的热容
热容
是物体温度升高1K所需要增加的能量。
Q C ( )T （J/K） T
它反映材料从周围环境中吸收热量的能力。是分 子热运动的能量随温度而变化的一个物理量。不 同环境下，物体的热容不同。
1.2 材料的热容
（1）定容热容Cv
在加热过程中体积不变
H U pV
Q H U CV ( )V ( )V ( )V T T T
= 微观弹性模量，
m = 质点质量，
x = 质点在x方向上位移。
1.1 概述
1 2
m
晶胞中每个质点所处的环境不同，β不同，每个质点在热 振动时都有一定的振动频率，N个不同质点，就有N个频率组 合在一起。 温度升高时，动能加大，振幅和频率均加大。 各质点热运动时，动能的总和为物体的热量。
第一章 材料的热学性能
材料的热学性能： 主要包括热容，热膨胀，热传导，热稳定性等。 教学内容： 1.1 概述 1.2 材料的热容 1.3 材料的热膨胀 1.4 材料的热传导 1.5 材料的热稳定性
1.1 概述
热学性能的主要应用：
微波谐振腔、精密天平、标准尺、标准电容等使用的材料 要求的热膨胀系数低； 电真空封装材料要求具有一定的热膨胀系数； 热敏元件要求尽可能有高的热膨胀系数；
课程介绍
推荐教材：
1、邱成军、王元化、王义杰等，《材料物理性能》，哈尔滨工业大学出 版社，2003。
主要参考书：
1、马小娥主编，《材料实验与测试技术》，中国电力出版社, 2008。 2、吴其胜主编，《材料物理性能》，华东理工大学出版社，2006。
课程介绍
1
2 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 材料的热学性能 材料的电学性能 材料的磁学性能 材料的光学性质 材料的弹性及内耗分析
例如：固体的比热、热膨胀、热传导等直接与晶格的振动有关。
1.1 概述
格波：晶格中的所有质点以相同频率振动而形成的波，或某 一个质点在平衡位置附近的振动是以波的形式在晶体中传播形 成的波。
格波的特点：
晶格中质点的振动；
相邻质点间存在固定的位相。
1.1 概述
根据振动频率的高低，分为声频支振动和光频支振 动（红外光区）。
“光频支振动”。
原胞的质心保持不动，由此也可以定性的看出，光学 波代表原胞中两个原子的相对振动。如离子晶体中正 负离子间的相对振动。
1.1 概述
由于光频支是不同原子相对振动引起的， 所以一个分子中有n个不同原子，会有（n-1） 个不同频率的光频波。如果晶格有N个分子， 则有个N（n-1）光频波。
对于离子晶体，可利用红外吸收光谱，通 过共振吸收，了解离子间的结合情况。
课程介绍
序 号 实验项目 学 时 基本要求 掌握材料电阻测量的基本方 法与原理、熟悉检流计的使 用，计算分析出材料的电阻 了解振动样品磁强计（VSM ）的结构、工作原理及操作 过程，通过样品的测试分析 磁特性 熟悉设备的结构、工作原理 及操作过程，通过实际操作 演示，分析两台设备对磁性 能测试的区别与共同点 掌握测量材料弹性模量的方 法与原理，根据不同方法计 算并分析出材料的弹性模量 实验 性质 实验 类别
频率甚低的格波，质 点彼此之间的位相差 不大，则格波类似于 弹性体中的应变波， 称为“声频支振动”。
对于声学波，相邻原子都是沿着同一方向振动，当波 长很长时，声学波实际上代表原胞质心的振动。
1.1 概述
格波中频率甚高的振动 波，质点彼此之间的位 相差很大，邻近质点的 运动几乎相反时，频率
往往在红外光区，称为
中国计量学院 标准化学院 主讲：史耀君
课程体系
大学物理
标准化入门
标准化基础
材料科学基础
标准化原理
材料标准化 材料物理性能检测标准
课程介绍
《材料物理性能检测标准》是标准化工程专业材料标准化方向教学计 划中一门理论性和实践性很强的专业基础课。 该课程在学习《高等数学》、《大学物理》、《材料科学基础》等课 程的基础上，学习有关材料物理性能等分析测试的基本理论和技术，
为后续材料专业检测标准学习打基础。
课程的任务是通过本课程的学习，使学生掌握材料热学、电学、磁学、 光学和弹性等性能的分析测试标准化方法与技术。学生通过本课程的
学习，可以在以后制定材料检测技术标准的学习和研究过程中应用所
学的知识分析问题、解决问题。
课程介绍
成绩构成：平时成绩（30%）+期末考试（70%） 平时成绩：课堂出勤、课堂回答、课后作业、实践 环节等。 考核方式：考试
工业炉衬、建筑材料、以及航天飞行器重返大气层的隔热 材料要求具有优良的隔热性能；
晶体管散热器等要求优良的导热性能……
1.1 概述
热性能的物理本质：晶格热振动
根据牛顿第二定律，一维简谐振动方程为：
dxn2 m 2 ( x n 1 x n 1 2 x n ) dt
式中：
3
4 5 6
第六章
核物理检测方法及其应用
课程介绍
1 实践一 材料导电性能的测量 2 实践二 振动样品磁强计（VSM）测试及分析 3 实践三 BH测试仪及其PFM磁性测量系统 4 实践四 材料弹性模量的测量
课程介绍
教学内容 第一章 材料的热学性能 第二章 材料的电学性能 第三章 材料的磁学性能 第四章 材料的光学性质 第五章 材料的弹性及内耗分析 第六章 核物理检测方法及其应用 教学时数（22） 2 4 6 4 4 2
1
材料导电性能的测量
2
综合
必做
2
振动样品磁强计（VSM）测 试及分析
4ห้องสมุดไป่ตู้
综合
必做
3
BH测试仪及其PFM磁性测 量系统
2
综合
必做
4
材料弹性模量的测量
2
综合
必做
引言
材料科学与工程四要素
引言
引言 材料的物理性能有哪些？
电、介电、热、光、磁、弹性和内耗
本课程的学习就是以上述这些物理性能为主要内 容，研究其物理本质、测试方法以及测试标准。
n i
(热运动能量)i = 热量
1.1 概述
晶格振动的传播：以弹性波（格波）的形式。
由于材料中质点间有很强的相互作用力，因此一个质点 的振动会使临近质点随之振动。因相邻质点间的振动存在一 定的相位差，故晶格振动以弹性波的形式（格波）在整个材 料内传播。弹性波是多频率振动的组合波。 晶格振动对晶体的物理性质有影响.
1.2 材料的热容
热容
是物体温度升高1K所需要增加的能量。
Q C ( )T （J/K） T
它反映材料从周围环境中吸收热量的能力。是分 子热运动的能量随温度而变化的一个物理量。不 同环境下，物体的热容不同。
1.2 材料的热容
（1）定容热容Cv
在加热过程中体积不变
H U pV
Q H U CV ( )V ( )V ( )V T T T
= 微观弹性模量，
m = 质点质量，
x = 质点在x方向上位移。
1.1 概述
1 2
m
晶胞中每个质点所处的环境不同，β不同，每个质点在热 振动时都有一定的振动频率，N个不同质点，就有N个频率组 合在一起。 温度升高时，动能加大，振幅和频率均加大。 各质点热运动时，动能的总和为物体的热量。
第一章 材料的热学性能
材料的热学性能： 主要包括热容，热膨胀，热传导，热稳定性等。 教学内容： 1.1 概述 1.2 材料的热容 1.3 材料的热膨胀 1.4 材料的热传导 1.5 材料的热稳定性
1.1 概述
热学性能的主要应用：
微波谐振腔、精密天平、标准尺、标准电容等使用的材料 要求的热膨胀系数低； 电真空封装材料要求具有一定的热膨胀系数； 热敏元件要求尽可能有高的热膨胀系数；
课程介绍
推荐教材：
1、邱成军、王元化、王义杰等，《材料物理性能》，哈尔滨工业大学出 版社，2003。
主要参考书：
1、马小娥主编，《材料实验与测试技术》，中国电力出版社, 2008。 2、吴其胜主编，《材料物理性能》，华东理工大学出版社，2006。
课程介绍
1
2 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 材料的热学性能 材料的电学性能 材料的磁学性能 材料的光学性质 材料的弹性及内耗分析
例如：固体的比热、热膨胀、热传导等直接与晶格的振动有关。
1.1 概述
格波：晶格中的所有质点以相同频率振动而形成的波，或某 一个质点在平衡位置附近的振动是以波的形式在晶体中传播形 成的波。
格波的特点：
晶格中质点的振动；
相邻质点间存在固定的位相。
1.1 概述
根据振动频率的高低，分为声频支振动和光频支振 动（红外光区）。
“光频支振动”。
原胞的质心保持不动，由此也可以定性的看出，光学 波代表原胞中两个原子的相对振动。如离子晶体中正 负离子间的相对振动。
1.1 概述
由于光频支是不同原子相对振动引起的， 所以一个分子中有n个不同原子，会有（n-1） 个不同频率的光频波。如果晶格有N个分子， 则有个N（n-1）光频波。
对于离子晶体，可利用红外吸收光谱，通 过共振吸收，了解离子间的结合情况。
课程介绍
序 号 实验项目 学 时 基本要求 掌握材料电阻测量的基本方 法与原理、熟悉检流计的使 用，计算分析出材料的电阻 了解振动样品磁强计（VSM ）的结构、工作原理及操作 过程，通过样品的测试分析 磁特性 熟悉设备的结构、工作原理 及操作过程，通过实际操作 演示，分析两台设备对磁性 能测试的区别与共同点 掌握测量材料弹性模量的方 法与原理，根据不同方法计 算并分析出材料的弹性模量 实验 性质 实验 类别
频率甚低的格波，质 点彼此之间的位相差 不大，则格波类似于 弹性体中的应变波， 称为“声频支振动”。
对于声学波，相邻原子都是沿着同一方向振动，当波 长很长时，声学波实际上代表原胞质心的振动。
1.1 概述
格波中频率甚高的振动 波，质点彼此之间的位 相差很大，邻近质点的 运动几乎相反时，频率
往往在红外光区，称为