材料物理性能部分知识点(二)
29. 恒容摩尔热容Cv=3Nk=3R≈25J/(K·mol)。德拜温度是最大能量声子被激发出来的温度。
30. 热膨胀微观原因: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。
31. 热膨胀的微观机理
简谐晶格振动理论近似认为:当原子离开其平衡位置发生位移时,它受到的相邻原子作用力与该原子的位移成正比。
温度变化只能改变振幅的大小不能改变平衡点的位置。
用非简谐振动理论解释热膨胀机理:在相邻原子之间存在非简谐力时,可以利用原子间的作用力曲线或势能曲线解释。
32. 热膨胀的影响因素:
(1)热膨胀与化学键的关系 离子键势能曲线的对称性比共键键的势能曲线差,所以随着物质中离子键性的增加,膨胀系数也增加。
另一方面,化学键的键强越大,膨胀系数越小。
(2)热膨胀与结合能、熔点的关系结合力强,势能曲线深而狭窄,升高同样的温度,质点振幅增加的较少,热膨胀系数小。
一般,结合能大的材料熔点也高。
(3)热膨胀与温度、热容的关系
高温时,由于热缺陷的原因,膨胀系数有所增大。
(4)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。 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,一部分被结构内部空隙所容纳,宏观膨胀就小。
32. 玻璃的热膨胀 网络结构本身的强度对热膨胀系数影响。碱金属及碱土金属的加入使网络断裂,造成玻璃膨胀系数增大,随着加入正离子与氧离子间键力(z/a
2
,z是正离子电价;a是正负离子间的距离)减小而增大。参与网络构造的氧化物如:B
2
O
3
,Al
2
O
3
,Ga
2
O
3
,使膨胀系数下降,再增加则作为网络改变体存在,又使膨胀系数增大。
高键力的离子如:Zr
4+
,Th
4+
等,它们处于网络间空隙,对周围网络起积聚作用,增加结构的紧密性,膨胀系数下降。
33. 声子导热 温度较低时,光频支的能量微弱,主要是声频支格波对导热有贡献。
已知气体热传导是气体分子碰撞的结果,温度不高时晶体热传导是声子碰撞的结果,二者的热导率公式具有相似的表达式。
34. 声子的平均自由程:
声子间产生碰撞,使声子的平均自由程减少。
晶体中的各种缺陷、杂质以及晶格界面都会引起格波的散射,也等效于声子的平均自由程减小。
平均自由程还与声子振动频率有关:频率v小时,波长长,l大,散射小,热导率大。
平均自由程还与温度有关:温度升高,声子的振动能量加大,频率加快,碰撞增多,所以l减小。
在高温下,碰撞加剧,最小的平均自由程等于几个晶格间距;在低温时,最长的平均自由程达晶粒的尺度。
35. 热导率的影响因素
(1)温度的影响
温度升高,碰撞加剧,自由程l降低。低温下声子平均自由程l的上限为粒度的线度,高温下的下限为晶格间距。
(2)化学组成的影响
线性简谐振动时,几乎无热阻,热阻是由非线性振动引起,即:晶格振动偏离谐振程度越大,非简谐性越高,热阻越大,热导率越....
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