第四章材料的热学性能 ●第一节材料的热容 ●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
第四章 材料的热学性能 第一节 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
4.3 材料的热传导 固体材料热传导的宏观规律 当固体材料一端的温度比另一端高时，热量会从热端自 动地传向冷端，这个现象称为热传导。 傅里叶定律：△0=-元△S加，它只适用于稳定传热的 dx 条件，即 2是常数。 式中，λ-导热系数，它的物理意义是指单位温度梯度 下，单位时间内通过单位垂直面积的热量，单位为 J/(m2·S·k)。 dT x方向上的温度梯度。 dx
一、固体材料热传导的宏观规律 当固体材料一端的温度比另一端高时，热量会从热端自 动地传向冷端，这个现象称为热传导。 傅里叶定律： ，它只适用于稳定传热的 条件，即 是常数。 式中，λ- 导热系数，它的物理意义是指单位温度梯度 下，单位时间内通过单位垂直面积的热量，单位为 J/(m2·S·k)。 - x方向上的温度梯度。 4.3 材料的热传导 S t dx dT ∆Q = −λ ⋅ ⋅∆ ⋅∆ t Q ∆ ∆ dx dT
当 4 <0时，△Q>0,热量沿x轴正方向传递。 dl >0时，△Q<0,热量沿x轴负方向传递。 对于非稳定传热过程： pCp dx2 式中：p=密度（density),C。=恒压热容。 二、固体材料热传导的微观机理 (micro-mechanism) 气体导热 一质点间直接碰撞；金属导热 一自由 电子间碰撞；固体导热一晶格振动（格波)-声子 碰撞，并且格波分为声频支和光频支两类
当 ＜0时， ΔQ＞0，热量沿 x 轴正方向传递。 ＞0时，ΔQ＜0，热量沿 x 轴负方向传递。 对于非稳定传热过程： 式中： ＝密度（density）， ＝恒压热容。 二、固体材料热传导的微观机理（micro-mechanism） 气体导热——质点间直接碰撞；金属导热——自由 电子间碰撞；固体导热——晶格振动（格波）-声子 碰撞，并且格波分为声频支和光频支两类。 dx dT dx dT 2 2 ( ) x T t C T P ∂ ∂ = ⋅ ∂ ∂ ρ λ ρ Cρ
1.声子和声子传导 根据量子理论、一个谐振子的能量是不连续的，能 量的变化不能取任意值，而只能是最小能量单元一量 子(quantum)的整数倍。一个量子所具有的能量为hv。 晶格振动的能量同样是量子化的。声频支格波（acoustic frequency)一弹性波一声波(acoustic wave)一声子。 把声频波的量子称为声子，其具有的能量为v=hw, 气体热传导公式：1=，C1 雨体热传导普遍形式：入-∫C(l) 式中，C-声子体积热容，-声子平均自由程(mean free distance),D-声子平均速度（mean velocity)
根据量子理论、一个谐振子的能量是不连续的，能 量的变化不能取任意值，而只能是最小能量单元——量 子（quantum）的整数倍。一个量子所具有的能量为hv。 晶格振动的能量同样是量子化的。声频支格波（acoustic frequency）—弹性波—声波（acoustic wave）—声子。 把声频波的量子称为声子，其具有的能量为 hv=hω ， 气体热传导公式： 固体热传导普遍形式： 式中，C-声子体积热容，l-声子平均自由程（mean free distance）， -声子平均速度（mean velocity）。 1. 声子和声子传导 λ Cυl 3 1 = ∫ = C(v) l(v)dv 3 1 λ υ υ
声子的平均自由程： 1.声子间会产生碰撞，使声子的平均自由程减少 2.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 3.平均自由程还与声子振动频率有关 4.平均自由程还与温度有关
声子的平均自由程： 1. 声子间会产生碰撞，使声子的平均自由程减少 2. 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 3. 平均自由程还与声子振动频率有关 4. 平均自由程还与温度有关