热膨胀系数
各种材料热膨胀系数

各种材料热膨胀系数
热膨胀系数是指物体在温度变化时所发生的线膨胀或体膨胀的程度。
不同的材料具有不同的热膨胀系数,以下将介绍一些常见材料的热膨胀系数。
1.金属材料:
金属一般具有较高的热膨胀系数,常用的金属材料的热膨胀系数如下:-铝:23×10^-6/℃
-铜:17×10^-6/℃
-铁:12×10^-6/℃
-钢:12×10^-6/℃
2.塑料材料:
相较于金属材料,塑料材料的热膨胀系数较低,常用塑料的热膨胀系
数如下:
-聚乙烯(PE):60×10^-6/℃
-聚氯乙烯(PVC):60~80×10^-6/℃
-聚苯乙烯(PS):70~90×10^-6/℃
3.陶瓷材料:
陶瓷材料的热膨胀系数因其成分和结构的不同而有所区别,以下是一
些常见陶瓷材料的热膨胀系数:
-瓷砖:5~9×10^-6/℃
-玻璃:8~12×10^-6/℃
4.混凝土材料:
混凝土材料的热膨胀系数与其中的骨料类型、水灰比等因素有关,一般范围为8~18×10^-6/℃。
5.石材材料:
-大理石:10×10^-6/℃
-花岗岩:8~12×10^-6/℃
6.环氧树脂:
环氧树脂是一种聚合物材料,其热膨胀系数较低,约为40~80×10^-6/℃。
需要注意的是,以上数值仅为常见材料的热膨胀系数范围,实际数值可能会因材料的具体成分和制备工艺等因素而有所不同。
在实际工程中,需要根据具体要求和应用场景选择合适的材料,以保证工程的稳定性和可靠性。
一般材料的热膨胀系数

一般材料的热膨胀系数热膨胀系数(Coefficient of Thermal Expansion,简称CTE)是一种衡量材料在温度变化下长度变化的物理性质,通常用于工程和材料科学中的热应力分析和设计。
热膨胀系数的定义是材料在单位温度变化下的长度变化与原始长度的比值。
它通常由单位温度变化对应的线性热膨胀的长度变化与起始长度的比值表示。
热膨胀系数可以是正值、负值或零值,这取决于材料的热性质。
正值表示材料在加热时会膨胀,负值表示在加热时会收缩,零值表示材料在温度变化时不发生体积变化。
不同材料的热膨胀系数存在很大差异。
以下是一些常见材料的热膨胀系数范围:1.金属材料:-铝:23.1×10^(-6)/°C-铜:16.5×10^(-6)/°C-钢铁:10.8-13.0×10^(-6)/°C-钠:71×10^(-6)/°C2.陶瓷材料:-石英:0.55×10^(-6)/°C-石墨:8.1×10^(-6)/°C-球墨铸铁:10.4×10^(-6)/°C-高纯度氧化铝陶瓷:7-10×10^(-6)/°C3.聚合物材料:-聚乙烯:100-200×10^(-6)/°C-聚丙烯:100-200×10^(-6)/°C-聚氯乙烯:70-190×10^(-6)/°C-聚四氟乙烯(PTFE):120-200×10^(-6)/°C需要注意的是,材料的热膨胀系数不仅与材料的种类有关,还与温度的变化范围和使用条件有关。
热膨胀系数通常以线性近似表示,即在一定温度范围内认为热膨胀系数是恒定的。
在实际工程中,需要注意考虑温度变化对材料性能和结构稳定性的影响。
热膨胀系数的知识在工程设计和材料选择中非常重要。
热膨胀系数

热膨胀系数
热膨胀系数是描述物质随温度变化而发生长度、面积、体积等变化程度的物理量。
当物体受热后,其分子振动加剧,使得物体的尺寸发生变化,膨胀或收缩。
热膨胀系数是一个重要的物理参数,用以量化物体在温度变化下的尺寸变化率。
热膨胀系数的定义和计算
热膨胀系数通常用符号α表示,定义为单位温度变化下单位长度原长的增量与原长度之比。
对于一维情况下的线性膨胀,热膨胀系数α可通过以下公式计算:
α = ΔL / (L * ΔT)
其中,α为热膨胀系数,ΔL为长度的增量,L为原长度,ΔT为温度变化量。
对于二维和三维情况下的面积和体积膨胀,热膨胀系数的计算方式也类似,只是要考虑到不同维度的膨胀情况。
热膨胀系数的应用
热膨胀系数在工程、材料科学、建筑等领域有着广泛的应用。
在工程设计中,了解不同材料的热膨胀系数可以帮助工程师合理选择材料,避免由于温度变化导致的损坏或者不稳定现象。
在建筑工程中,考虑建筑材料的热膨胀系数可以有效减少建筑物长时间使用过程中由于热膨胀而引起的损坏。
同时,热膨胀系数还在实验物理学、热力学等领域有着重要作用。
科学家们通过研究不同物质的热膨胀系数,可以深入了解物质的性质和行为。
在高温物理实验中,热膨胀系数也是一个重要的考虑因素,可帮助实验者更准确地控制实验条件。
结语
总之,热膨胀系数是一个重要的物理量,它描述了物质随温度变化而发生的尺寸变化。
通过研究和了解热膨胀系数,我们可以更好地理解物体在温度变化时的行为,从而在实际应用中更加有效地利用这一特性。
热膨胀系数

热膨胀系数【热膨胀】物体因温度改变而发生的膨胀现象叫“热膨胀”。
通常是指外压强不变的情况下,大多数物质在温度升高时,其体积增大,温度降低时体积缩小。
在相同条件下,气体膨胀最大,液体膨胀次之,固体膨胀最小。
也有少数物质在一定的温度范围内,温度升高时,其体积反而减小。
因为物体温度升高时,分子运动的平均动能增大,分子间的距离也增大,物体的体积随之而扩大;温度降低,物体冷却时分子的平均动能变小,使分子间距离缩短,于是物体的体积就要缩小。
又由于固体、液体和气体分子运动的平均动能大小不同,因而从热膨胀的宏观现象来看亦有显著的区别。
【膨胀系数】为表征物体受热时,其长度、面积、体积变化的程度,而引入的物理量。
它是线膨胀系数、面膨胀系数和体膨胀系数的总称。
【固体热膨胀】固体热膨胀现象,从微观的观点来分析,它是由于固体中相邻粒子间的平均距离随温度的升高而增大引起的。
晶体中两相邻粒子间的势能是它们中心距离的函数,根据这种函数关系所描绘的曲线,如图2-6所示,称为势能曲线。
它是一条非对称曲线。
在一定温度下,粒子在平衡位置附近振动、具有的动能为EK,总能量为EK与相互作用能EP之和,它在整个运动过程中是守恒的。
图中,粒子间最接近的距离是r′,最远的距离是r〃。
由于距离减小所引起的斥力增长比由于距离增大所引起的引力下降快的多,因而粒子间接近的距离与粒子间远离的距离关系是r0r′<r〃-r0所以两相邻粒子中心的平均距离为变的情形。
由此可见,当晶体温度升高,粒子热振动加剧,体积膨胀。
【固体的线膨胀】由于固体随温度的变化而变化,当温度变化不太大时,在某一方向长度的改变量称为“固体的线膨胀”。
例如,一细金属棒受热而伸长。
固体的任何线度,例如,长度、宽度、厚度或直径等,凡受温度影响而变化的,都称之为“线膨胀”。
【线膨胀系数】亦称线胀系数。
固体物质的温度每改变1摄氏度时,其长度的变化和它在0℃时长度之比,叫做“线膨胀系数”。
单位为1/开。
常见材料的热膨胀系数

常见材料的热膨胀系数热膨胀系数是描述物质在温度变化下长度、面积或体积变化的量度。
不同的物质具有不同的热膨胀系数,下面是常见材料的热膨胀系数介绍。
1.金属材料:(1)铝:铝的线膨胀系数为23.2×10^-6/℃。
(2)铜:铜的线膨胀系数为16.8×10^-6/℃。
(3)铁:铁的线膨胀系数为11.7×10^-6/℃。
(4)不锈钢:不锈钢的线膨胀系数约为17-19×10^-6/℃。
(5)钢铁:钢铁的线膨胀系数为12-14×10^-6/℃。
2.玻璃材料:(1)玻璃:玻璃的线膨胀系数约为7-9×10^-6/℃。
(2)硅玻璃:硅玻璃的线膨胀系数约为0.3-0.9×10^-6/℃。
3.陶瓷材料:(1)瓷器:瓷器的线膨胀系数约为5-7×10^-6/℃。
(2)瓷砖:瓷砖的线膨胀系数约为5-9×10^-6/℃。
4.塑料材料:(1)聚乙烯(PE):聚乙烯的线膨胀系数约为90-200×10^-6/℃。
(2)聚丙烯(PP):聚丙烯的线膨胀系数约为70-140×10^-6/℃。
(3)聚氯乙烯(PVC):聚氯乙烯的线膨胀系数约为55-85×10^-6/℃。
5.合金材料:(1)铝合金:铝合金的线膨胀系数在10-25×10^-6/℃之间,具体数值取决于合金中的元素组成和含量。
(2)镍合金:镍合金的线膨胀系数在13-16×10^-6/℃之间,具体取决于合金成分。
(3)钛合金:钛合金的线膨胀系数在7-9×10^-6/℃之间,具体取决于合金成分。
需要注意的是,以上给出的数值都是近似值,不同的材料在不同的温度范围内的热膨胀系数可能会有所不同。
此外,热膨胀系数也与材料的结构、晶格和制备工艺等因素有关。
在实际的工程设计和应用中,我们需要根据具体材料的热膨胀系数进行考虑,以避免由于温度变化引起的尺寸变化对结构或设备的影响。
热膨胀系数定义

热膨胀系数定义热膨胀系数是物体在温度变化时,其长度、面积或体积发生变化的程度。
当物体受热时,由于分子的热运动增强,分子之间的相互作用力减小,从而使得物体的体积增大,长度变长,面积变大。
而当物体被冷却时,分子的热运动减弱,相互作用力增大,物体的体积减小,长度变短,面积变小。
热膨胀系数的定义可以通过以下公式表示:α=ΔL/(L0ΔT),其中α为热膨胀系数,ΔL为物体的长度变化量,L0为物体的初始长度,ΔT为温度变化量。
通常,热膨胀系数的单位是1/℃,表示温度每变化1℃,物体长度、面积或体积相应变化的量。
热膨胀系数的具体数值与物体的材料有关。
不同材料的分子结构不同,其热膨胀系数也各不相同。
一般来说,固体的热膨胀系数较小,液体的热膨胀系数较大,气体则是最大。
这是因为固体中分子之间的相互作用力较大,所以其热膨胀系数相对较小;而气体中分子之间的相互作用力非常弱,所以其热膨胀系数相对较大。
在实际应用中,热膨胀系数的大小对于工程设计和科学研究都有重要的影响。
例如,在建筑工程中,为了保证建筑物的稳定性,需要考虑材料的热膨胀系数,合理选择和搭配不同材料。
又如在制造精密仪器和设备时,需要考虑材料的热膨胀系数,以防止由于温度变化带来的尺寸变化而影响仪器和设备的精度和功能。
掌握材料的热膨胀系数有助于解决一些实际问题。
例如,在制造大型建筑物时,需要考虑由于温度变化带来的长度变化,以确保建筑物的稳定性。
此外,在电子元件的制造过程中,热膨胀系数的不同可能导致不同材料的粘接不稳定,从而影响元件的可靠性。
此外,在科学研究领域,热膨胀系数也被广泛应用。
例如,在地震学研究中,科学家利用物质的热膨胀系数来测量地壳的变形情况,进而推断地壳中的地震活动。
再例如,在天文学研究中,科学家利用行星和恒星的热膨胀系数来研究宇宙的演化和形成。
总之,热膨胀系数是描述物体在温度变化时尺寸变化的重要物理量。
它的数值取决于物体的材料特性,对于工程设计和科学研究都具有重要的应用价值。
热膨胀系数

矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
热膨胀系数

热膨胀系数热膨胀系数是物理量,它指对温度改变而影响物体尺寸的系数。
物质由于温度变化而发生的体积变化的比值称为热膨胀系数。
热膨胀系数的符号为α,它定义为物体长度随温度变化的百分比变化率即:α = ΔL/L%/ΔT物体的体积变化的比值即体积膨胀系数β定义为:热膨胀系数涉及物质状态、温度变化、物理量和温度单位等因素。
根据温度变化的规律,可以按照温度范围将热膨胀系数分为低温热膨胀系数、中温热膨胀系数和高温热膨胀系数,具体的表示符号依次为αL,αM,αH。
热膨胀系数分为线性温度热膨胀系数α线和非线性温度热膨胀系数α非线。
α线表示热膨胀系数与温度变化率之间关系很相近,而α非线表示热膨胀系数和温度之间关系不太明显,物质的热膨胀系数随温度变化呈现出非线性规律。
人们定义常温常压条件下的热膨胀系数α床,指的是物质由常温25℃至低温0℃时物体长度变化量与原长度的比值的变化值:在化学中,热膨胀系数广泛应用于物体的体积变化衡量,物体的金属材料随温度变化常常会发生收缩和膨胀现象,这种情况在机械制造中非常常见。
因此,热膨胀系数的研究为机械制造的实践提供了重要的参考依据,同时也为热发电和热变形处理等技术服务。
根据物质性质、温度变化范围等不同因素,物质的热膨胀系数会不同。
常见的金属、多晶硅、石英玻璃、空气和不同气体等物质的热膨胀系数数值如下:金属:α=13×10^-6/K多晶硅:α=2.6×10^-6/K石英玻璃:α=0.5×10^-6/K水:α=0.0005 K-1空气:α=0.0003 K-1不同气体如空气中的氧气:α=0.0020 K-1热膨胀系数的值是根据物体内部结构、微观结构和温度变化等不同因素而发生变化的,对于某些物质热膨胀系数会有大范围变化,如金属在低温时会膨胀,高温时将收缩。
热膨胀是指在温度升高时,物体中的热量会使得物质分子的活动性增加,从而增大分子的体积,使得整体的体积也会增大而产生的膨胀现象,其热膨胀系数为其物理量的表示,物质对温度变化的敏感性越大,热膨胀系数越大。
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爱因斯坦模型
当 T >> θE 时
热容的量子理论
故有
当T << θE时,有
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爱因斯坦模型的缺陷
爱因斯坦模型中:
热容的量子理论
1 )低温时, Cv 与温度按指数律随温度 而变化,与实验得出的按 T 的立方变化 规律仍有偏差。
2 )问题主要在于基本假设:各个振子 频率相同有问题,各振子的频率可以不 同,原子振动间有耦合作用 。
经典热容定律的局限
1)不能说明高温下,不同温度下热容的微小差别。 2)不能说明低温下,热容随温度的降低而减小, 在接近绝对零度时,热容按T的三次方趋近与零的 试验结果。
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室温下一些固体的摩尔热容
实验表明:固体的热容量随 温度的降低而减小,当温度T 趋于零时,各种固体的热容 量也都趋于零。
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三、晶态固体热容的量子理论(quantum theory)
这就是按照量子理论求得的热容表达式。但要计算CV 必须知道谐振子的频谱——非常困难(very difficult)。
晶态固体热容的量子理论模型
爱因斯坦模型 德拜的比热模型
24
爱因斯坦模型
该模型假定:
热容的量子理论
每个振子都是独立的振子,原子之间彼此无 关,每个振子振动的角频率相同。故有:
称为爱因斯坦比热函数
=元素 i 的摩尔热容。
经典热容理论的解释
按经典理论,能量按自由度均分。 每个原子三个振动自由度; 每个振动自由度的平均动能、平均位能均为
则一个原子的总能量为3kT。
1 kT ,即一个振动自由度能量为kT。 2
14
1mol 固体中有
个原子,总能量为
= 6.023×1023 / mol =阿佛加德罗常数, = R/N = 1.381×10-23 J/K = 玻尔茨曼常数, = 8.314 J/ (k· mol),T=热力学温度(K)。
表3.1 部分轻元素的原子热容:
元素 CP H 9.6 B 11.3 C 7.5 O 16.7 F 20.9 Si 15.9 P 22.5 S 22.5 Cl 20.4
2、柯普定律:(化合物的热容定律)
化合物分子热容等于构成该化合物各元素原子热容
之和。 即:C=Σnici。其中,ni=化合物中元素i的原子数;ci
晶格热振动的本质:热激发声子。
5
声频支振动与光频支振动
格波是多频率振动的组合波。 声频支振动:如果振动着的质点中包含 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”。 特点: 1)频率较低,类似声波频率。 2)可认为相邻原子振动方向相同。
主要应用
在制造和使用过程中进行热处理时,热容和热 导率决定了陶瓷体中温度变化的速率,这些性 能是决定抗热应力的基础,同时也决定操作温 度和温度梯度。 对于用作隔热体的材料来说,低的热导率是必 需的性能。 陶瓷体或组织中的不同组分由于温度变化而产 生不均匀膨胀,能够引起相当大的应力。 在陶瓷配方的发展中,在研制合适的涂层、釉 和搪瓷以及将陶瓷和其他材料结合使用时所发 生的许多最常见的困难是起因于温度所引起的 尺材料的热容 第二节 材料的热膨胀
第三节 材料的热传导
第四节 材料的热稳定性
热学性能主要包括:
热容(thermal content) 热膨胀(thermal expansion)
热传导(heat conductivity)
热稳定性(thermal stability)等 本章目的就是探讨热性能与材料宏观、微观本质关 系,为研究新材料、探索新工艺打下理论基础。
显然,质量不同热容不同,温度不同热容也不同。
各种热容
比热容单位 — ,
摩尔热容单位—
平均热容 恒压热容 恒容热容 ,
。
范围愈大,精度愈差。
10
对于固体材料CP与CV差异很小,见图3.2。
二、晶态固体热容的经验定律(experience law)
1、杜隆一珀替定律:(元素的热容定律) 恒压下元素的原子热容为
普朗克提出振子能量的量子化理论。质点的能量 都是以 hv 为最小单位.
式中,
=普朗克常数,
=普朗克常数, = 园频率。
根据麦克斯威—波尔兹曼分配定律可推导出, 在温度为T时,一个振子的平均能量为:
将上式中多项式展开各取前几项,化简得:
在高温时,
所以
即每个振子单向振动的总能量与经典理论一致。 由于1mol固体中有N个原子,每个原子的热振动自 由度是3,所以1mol固体的振动可看做3N个振子的 合成运动,则1mol固体的平均能量为:
3
基本概念
晶格热振动:
晶体点阵中的质点(原子、离子) 总是围着衡位置作微小振动,称为晶 格热振动。 格波:晶体内相邻质点间的热振动存 在着一定的位相差,使晶格热振动以 弹性波的形式在整个材料内传播,称 之为晶格波,简称为格波。该弹性波 是多频率振动的组合波。
4
声子:按量子理论的观点,晶格振动的 能量是量子化的。 电磁波的能量量子:光子 格波的能量量子: 声子
按热容定义:
由上式可知,热容是与温度T无关的常数 (constant),这就是杜隆一珀替定律。
对于双原子的固体化合物,1mol中的原子数为2N,故 摩尔热容为 对于三原子的固态化合物的摩尔热容 :
其余依此类推。
杜隆—珀替定律在高温时与实验结果很吻合。 但在低温时,CV 的实验值并不是一个恒量, 下面将要作详细讨论。
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德拜模型
德拜模型认为:
热容的量子理论
晶体对热容的贡献主要是弹性波的振动,即 较长的声频支在低温下的振动 由于声频支的波长远大于晶格常数,故可将 晶体当成是连续介质,声频支也是连续的, 频率具有0~ωmax 高于ωmax的频率在光频支范围,对热容贡献 很小,可忽略
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德拜模型
热容的量子理论
当温度较高时,T >> θD,Cv = 3Nk 当温度稳低时,T << θD,有:
6
光频支振动: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“光频支振动”。
特点: 1)频率较高,类似光波频率。 2)可认为相邻原子振动方向相反。
7
第一节 材料的热容
一、基本概念
热容:是物体温度升高1K所需要增加的能量。
(J/K)