材料物理性能热答案学习教案.pptx
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1、会计学1材料材料(cilio)物理性能热答案物理性能热答案第一页,共59页。考核考核(koh)方式方式n n本课程采用笔试方式考核。课程总评成绩(chngj)由平时成绩(chngj)(占30%)和期末考试成绩(chngj)两部分构成,平时成绩(chngj)中实验成绩(chngj)占10%,出勤、作业、课堂测验、学习主动性等占20%。第1页/共58页第二页,共59页。课堂课堂(ktng)三定律三定律n n第一定律,手机不能响n n第二定律,后排(hu pi)不能坐n n第三定律,作业不能抄第2页/共58页第三页,共59页。参考参考(cnko)教材教材n n材料物理性能,田莳编著材料物理性能,田莳
2、编著材料物理性能,田莳编著材料物理性能,田莳编著(binzh)(binzh)(binzh)(binzh),北京航空航天大学出版社,北京航空航天大学出版社,北京航空航天大学出版社,北京航空航天大学出版社,2004200420042004年。年。年。年。n n材料物理性能,邱成军主编,哈尔滨工业大学出版社,材料物理性能,邱成军主编,哈尔滨工业大学出版社,材料物理性能,邱成军主编,哈尔滨工业大学出版社,材料物理性能,邱成军主编,哈尔滨工业大学出版社,2007200720072007年。年。年。年。n n材料物理性能,郑冀等编著材料物理性能,郑冀等编著材料物理性能,郑冀等编著材料物理性能,郑冀等编著(
3、binzh)(binzh)(binzh)(binzh),天津大学出版社,天津大学出版社,天津大学出版社,天津大学出版社,2008200820082008年。年。年。年。n n材料的性能,赵新兵等著,高等教育出版社,材料的性能,赵新兵等著,高等教育出版社,材料的性能,赵新兵等著,高等教育出版社,材料的性能,赵新兵等著,高等教育出版社,2006200620062006年。年。年。年。第3页/共58页第四页,共59页。n n材材材材料料料料(materialmaterial):材材材材料料料料是是是是人人人人类类类类用用用用于于于于制制制制造造造造物物物物品品品品、器器器器件件件件、构构构构件件件件
4、、机机机机器或其他产品的那些物质。器或其他产品的那些物质。器或其他产品的那些物质。器或其他产品的那些物质。n n2020世纪世纪世纪世纪7070年:信息、材料和能源年:信息、材料和能源年:信息、材料和能源年:信息、材料和能源 (文明的三大支柱)(文明的三大支柱)(文明的三大支柱)(文明的三大支柱)n n8080年年年年代代代代以以以以高高高高技技技技术术术术群群群群为为为为代代代代表表表表的的的的新新新新技技技技术术术术革革革革命命命命,又又又又把把把把新新新新材材材材料料料料、信信信信息息息息技技技技术和生物技术并列为新技术革命的重要术和生物技术并列为新技术革命的重要术和生物技术并列为新技术
5、革命的重要术和生物技术并列为新技术革命的重要(zhngyo)(zhngyo)标志。标志。标志。标志。n n分类:金属材料,无机非金属材料,高分子材料分类:金属材料,无机非金属材料,高分子材料分类:金属材料,无机非金属材料,高分子材料分类:金属材料,无机非金属材料,高分子材料n n 结构材料与功能材料结构材料与功能材料结构材料与功能材料结构材料与功能材料第1章 绪论(xln)第4页/共58页第五页,共59页。n n材料性能是一种用于表征材料在给定的外界条件下的行为的参量。材料性能是一种用于表征材料在给定的外界条件下的行为的参量。材料性能是一种用于表征材料在给定的外界条件下的行为的参量。材料性能是
6、一种用于表征材料在给定的外界条件下的行为的参量。n n材材材材料料料料使使使使用用用用中中中中表表表表现现现现有有有有多多多多少少少少行行行行为为为为,就就就就对对对对应应应应有有有有多多多多少少少少性性性性能能能能。外外外外界界界界条条条条件件件件不不不不同同同同,相相相相同同同同的的的的材材材材料料料料也也也也会会会会有有有有不不不不同同同同的的的的性性性性能能能能。多多多多数数数数的的的的性性性性能能能能都都都都有有有有量量量量纲纲纲纲。为为为为了了了了便便便便于于于于学学学学习习习习、测测测测试试试试和和和和研研研研究究究究(ynji)(ynji),常采用不同的标准来划分性能常采用不同
7、的标准来划分性能常采用不同的标准来划分性能常采用不同的标准来划分性能 第1章 绪论(xln)第5页/共58页第六页,共59页。n n物理性能:电,介电,热,光,磁,弹性和内耗物理性能:电,介电,热,光,磁,弹性和内耗物理性能:电,介电,热,光,磁,弹性和内耗物理性能:电,介电,热,光,磁,弹性和内耗n n力学性能:强度力学性能:强度力学性能:强度力学性能:强度 耐压耐压耐压耐压 抗折抗折抗折抗折 韧性韧性韧性韧性 刚性刚性刚性刚性(n xn)(n xn)n n化学性能:抗氧化性能化学性能:抗氧化性能化学性能:抗氧化性能化学性能:抗氧化性能 耐腐蚀性能耐腐蚀性能耐腐蚀性能耐腐蚀性能 抗酸、抗碱抗
8、酸、抗碱抗酸、抗碱抗酸、抗碱n n工艺性能:可塑性、流动性等工艺性能:可塑性、流动性等工艺性能:可塑性、流动性等工艺性能:可塑性、流动性等 n n使用性能:耐磨性等使用性能:耐磨性等使用性能:耐磨性等使用性能:耐磨性等 第第1章章 绪论绪论(xln)第6页/共58页第七页,共59页。第第1章章 绪论绪论(xln)意义:意义:意义:意义:1.1.制造和发展功能材料的基础制造和发展功能材料的基础制造和发展功能材料的基础制造和发展功能材料的基础 2.2.对要求综合性能的结构材料而言,物理性能也是极为重对要求综合性能的结构材料而言,物理性能也是极为重对要求综合性能的结构材料而言,物理性能也是极为重对要
9、求综合性能的结构材料而言,物理性能也是极为重要的。(航天飞机,热障涂层)要的。(航天飞机,热障涂层)要的。(航天飞机,热障涂层)要的。(航天飞机,热障涂层)3.3.利用材料的物理性质变化探讨材料内部的微观情况是一利用材料的物理性质变化探讨材料内部的微观情况是一利用材料的物理性质变化探讨材料内部的微观情况是一利用材料的物理性质变化探讨材料内部的微观情况是一个重要的研究方法。个重要的研究方法。个重要的研究方法。个重要的研究方法。4.4.非组织非组织非组织非组织(zzh)(zzh)敏感:弹性模量,热膨胀系数,居里点敏感:弹性模量,热膨胀系数,居里点敏感:弹性模量,热膨胀系数,居里点敏感:弹性模量,热
10、膨胀系数,居里点(成分)(成分)(成分)(成分)组织组织组织组织(zzh)(zzh)敏感性:内耗,电阻率,磁导率(成分及组敏感性:内耗,电阻率,磁导率(成分及组敏感性:内耗,电阻率,磁导率(成分及组敏感性:内耗,电阻率,磁导率(成分及组织织织织(zzh)(zzh)),),),),研究与组织研究与组织研究与组织研究与组织(zzh)(zzh)的关系,为合理制定生的关系,为合理制定生的关系,为合理制定生的关系,为合理制定生产工艺提供规律性的指导产工艺提供规律性的指导产工艺提供规律性的指导产工艺提供规律性的指导 5.5.为确定产品的可靠性分析模型提供必要的物理性能为确定产品的可靠性分析模型提供必要的物
11、理性能为确定产品的可靠性分析模型提供必要的物理性能为确定产品的可靠性分析模型提供必要的物理性能第7页/共58页第八页,共59页。用途用途(yngt)和应用领域和应用领域n n微处理器的盖和散热片:微处理器的盖和散热片:微处理器的盖和散热片:微处理器的盖和散热片:第8页/共58页第九页,共59页。第第2章章 材料材料(cilio)的热性能的热性能2.1 2.1 材料材料材料材料(cilio)(cilio)的热容的热容的热容的热容2.2 2.2 材料材料材料材料(cilio)(cilio)的热膨胀的热膨胀的热膨胀的热膨胀2.3 2.3 材料材料材料材料(cilio)(cilio)的热传导的热传导的
12、热传导的热传导2.4 2.4 材料材料材料材料(cilio)(cilio)的热电效应的热电效应的热电效应的热电效应第9页/共58页第十页,共59页。2.1 材料材料(cilio)的热容的热容1.1.固体热容理论简介固体热容理论简介固体热容理论简介固体热容理论简介 热容(热容(热容(热容(Heat capacityHeat capacity):一定量的物质在一定条件):一定量的物质在一定条件):一定量的物质在一定条件):一定量的物质在一定条件(tiojin)(tiojin)下下下下温度升高温度升高温度升高温度升高1K1K所需要所需要所需要所需要 的热,是用以衡量物质所包含的热量的热,是用以衡量物
13、质所包含的热量的热,是用以衡量物质所包含的热量的热,是用以衡量物质所包含的热量的物理量,用符号的物理量,用符号的物理量,用符号的物理量,用符号C C 表示,单位是表示,单位是表示,单位是表示,单位是JK-1JK-1。定压热容和定容热容:定压热容和定容热容:定压热容和定容热容:定压热容和定容热容:等压条件等压条件等压条件等压条件(tiojin)(tiojin)下的热容称定压热容,用符号下的热容称定压热容,用符号下的热容称定压热容,用符号下的热容称定压热容,用符号CpCp表示;表示;表示;表示;等容条件等容条件等容条件等容条件(tiojin)(tiojin)下的热容称定容热容,用符号下的热容称定容
14、热容,用符号下的热容称定容热容,用符号下的热容称定容热容,用符号CVCV表示。表示。表示。表示。比热容:比热容:比热容:比热容:1 1千克物质的热容,用千克物质的热容,用千克物质的热容,用千克物质的热容,用c c表示,单位是表示,单位是表示,单位是表示,单位是Jkg-1K-1Jkg-1K-1。摩尔热容:摩尔热容:摩尔热容:摩尔热容:1 1摩尔物质的热容,用摩尔物质的热容,用摩尔物质的热容,用摩尔物质的热容,用CmCm表示,单位是表示,单位是表示,单位是表示,单位是Jmol-Jmol-1K-11K-1。对于固体和液体来说,对于固体和液体来说,对于固体和液体来说,对于固体和液体来说,CpCp和和和
15、和CVCV近似相等,但是在要求较高的近似相等,但是在要求较高的近似相等,但是在要求较高的近似相等,但是在要求较高的计算中不能忽略。计算中不能忽略。计算中不能忽略。计算中不能忽略。对于理想气体来说,对于理想气体来说,对于理想气体来说,对于理想气体来说,Cp,m CV,m=RCp,m CV,m=R,其中,其中,其中,其中R R是理想气体常是理想气体常是理想气体常是理想气体常数数数数 第10页/共58页第十一页,共59页。2.1 材料材料(cilio)的热容的热容1.1.固体热容理论简介固体热容理论简介固体热容理论简介固体热容理论简介 1)1)杜隆杜隆杜隆杜隆-珀替定律:珀替定律:珀替定律:珀替定律
16、:气体分子的热容理论用于固体,用经典的统计力学处气体分子的热容理论用于固体,用经典的统计力学处气体分子的热容理论用于固体,用经典的统计力学处气体分子的热容理论用于固体,用经典的统计力学处理理理理(chl)(chl),晶体有,晶体有,晶体有,晶体有N N个原子,总的平均级能量个原子,总的平均级能量个原子,总的平均级能量个原子,总的平均级能量3NkBT,3NkBT,N=NA,N=NA,摩尔热容为:摩尔热容为:摩尔热容为:摩尔热容为:热容是一个固定不变的与温度无关的物理量,只用于热容是一个固定不变的与温度无关的物理量,只用于热容是一个固定不变的与温度无关的物理量,只用于热容是一个固定不变的与温度无关
17、的物理量,只用于除除除除Si,C,BSi,C,B以外的一部分单原子金属。以外的一部分单原子金属。以外的一部分单原子金属。以外的一部分单原子金属。第11页/共58页第十二页,共59页。2.1 材料材料(cilio)的热容的热容 2)2)爱因斯坦热容模型:爱因斯坦热容模型:爱因斯坦热容模型:爱因斯坦热容模型:前提前提前提前提(qint)(qint):晶格中每个分子独立地振动,振动的频率为:晶格中每个分子独立地振动,振动的频率为:晶格中每个分子独立地振动,振动的频率为:晶格中每个分子独立地振动,振动的频率为v,v,把原子的振动视为谐振子,谐振子具有把原子的振动视为谐振子,谐振子具有把原子的振动视为谐
18、振子,谐振子具有把原子的振动视为谐振子,谐振子具有0 0点能,谐振子的能量为:点能,谐振子的能量为:点能,谐振子的能量为:点能,谐振子的能量为:En En为频率为为频率为为频率为为频率为v v的谐振子振动能,的谐振子振动能,的谐振子振动能,的谐振子振动能,n n为声子量子数,取为声子量子数,取为声子量子数,取为声子量子数,取 0 0,1 1,2 2,33 具有能量为具有能量为具有能量为具有能量为EnEn的谐振子数目为:的谐振子数目为:的谐振子数目为:的谐振子数目为:第12页/共58页第十三页,共59页。2.1 材料材料(cilio)的热容的热容 2)2)爱因斯坦热容模型:爱因斯坦热容模型:爱因
19、斯坦热容模型:爱因斯坦热容模型:温度为温度为温度为温度为T T,振动频率,振动频率,振动频率,振动频率(pnl)(pnl)为为为为v v的谐振子平均能量的谐振子平均能量的谐振子平均能量的谐振子平均能量为:为:为:为:一摩尔晶体有一摩尔晶体有一摩尔晶体有一摩尔晶体有NANA个原子,每个原子有个原子,每个原子有个原子,每个原子有个原子,每个原子有3 3个自由度,个自由度,个自由度,个自由度,共有共有共有共有3 NA 3 NA 个自由度,每个自由度相当于有一个谐个自由度,每个自由度相当于有一个谐个自由度,每个自由度相当于有一个谐个自由度,每个自由度相当于有一个谐振子在振动:晶体振动的平均能量为:振子
20、在振动:晶体振动的平均能量为:振子在振动:晶体振动的平均能量为:振子在振动:晶体振动的平均能量为:第13页/共58页第十四页,共59页。2.1 材料材料(cilio)的热容的热容 2)2)爱因斯坦热容模型:爱因斯坦热容模型:爱因斯坦热容模型:爱因斯坦热容模型:由等容热容定义得:由等容热容定义得:由等容热容定义得:由等容热容定义得:讨论:讨论:讨论:讨论:(1 1)晶体处于较高温度时,晶体处于较高温度时,晶体处于较高温度时,晶体处于较高温度时,kThv,hv/kThv,hv/kTkThvkT,则有:,则有:,则有:,则有:实验表明:在低温时,热容和实验表明:在低温时,热容和实验表明:在低温时,热
21、容和实验表明:在低温时,热容和T3T3成正比,上式比成正比,上式比成正比,上式比成正比,上式比实验值更快的趋于实验值更快的趋于实验值更快的趋于实验值更快的趋于0.0.第14页/共58页第十五页,共59页。2.1 材料材料(cilio)的热容的热容 3)德拜热容模型:德拜热容模型:模型:晶体模型:晶体(jngt)中各原子中各原子间存在弹性斥力间存在弹性斥力和引力,这种力和引力,这种力使原子的热振动使原子的热振动相互受牵连和制相互受牵连和制约,相邻原子间约,相邻原子间协调齐步地振动。协调齐步地振动。第15页/共58页第十六页,共59页。2.1 材料材料(cilio)的热容的热容 3)德拜热容德拜热
22、容(r rn)模型:模型:为频率(pnl)态密度第16页/共58页第十七页,共59页。2.1 材料材料(cilio)的热容的热容 3)德拜热容德拜热容(r rn)模型:模型:式中,为德拜特征(tzhng)温度,第17页/共58页第十八页,共59页。n n当当当第18页/共58页第十九页,共59页。2.1 材料材料(cilio)的热容的热容2.2.金属金属金属金属(jnsh)(jnsh)和合金的和合金的和合金的和合金的热容热容热容热容 1 1)金属金属金属金属(jnsh)(jnsh)的热的热的热的热容容容容 区区区区 Cm CmT T 区区区区 Cm CmT3 T3 区区区区 Cm3R Cm3R
23、 对于金属对于金属对于金属对于金属(jnsh)(jnsh):其:其:其:其载流子主要是声子和载流子主要是声子和载流子主要是声子和载流子主要是声子和电子。低温时有:电子。低温时有:电子。低温时有:电子。低温时有:第19页/共58页第二十页,共59页。2.1 材料材料(cilio)的热容的热容 2 2)德拜温度德拜温度德拜温度德拜温度 是反映固体的许多特性的重要标志。是反映固体的许多特性的重要标志。是反映固体的许多特性的重要标志。是反映固体的许多特性的重要标志。在熔点在熔点在熔点在熔点(rngdin)(rngdin)时,原子振幅达到使晶格破坏时,原子振幅达到使晶格破坏时,原子振幅达到使晶格破坏时,
24、原子振幅达到使晶格破坏的数值,的数值,的数值,的数值,和熔点和熔点和熔点和熔点(rngdin)Ts(rngdin)Ts有:有:有:有:林德曼公式林德曼公式(gngsh)A:相对原子质量,相对原子质量,V:原子体积,原子体积,Ts熔点熔点物理意义:反映原子结合力物理量,物理意义:反映原子结合力物理量,越高,其结合力越大越高,其结合力越大第20页/共58页第二十一页,共59页。2.1 材料材料(cilio)的热容的热容 3 3)合金的热容合金的热容合金的热容合金的热容 对于金属间化合物:近似有:对于金属间化合物:近似有:对于金属间化合物:近似有:对于金属间化合物:近似有:C=pC1+qC2 Neu
25、mann-Kopp C=pC1+qC2 Neumann-Kopp p,q p,q为化合物中分子各组成原子的百分数。为化合物中分子各组成原子的百分数。为化合物中分子各组成原子的百分数。为化合物中分子各组成原子的百分数。对于多相混合组织,固溶体或化合物也有相同对于多相混合组织,固溶体或化合物也有相同对于多相混合组织,固溶体或化合物也有相同对于多相混合组织,固溶体或化合物也有相同(xin tn)(xin tn)的规的规的规的规律:律:律:律:Ca Ca为组元为组元为组元为组元B B在固溶体中的原子浓度在固溶体中的原子浓度在固溶体中的原子浓度在固溶体中的原子浓度改变合金组织的热处理实际上不影响高温下的
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