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 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：Q=-A瓜ASM,它只适用于稳定传热的 条件，即 2是常数。 式中，入-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 = − t Q dx dT
dT 当 x <0时，△2>0，热量沿x轴正方向传递。 dT >0时，△0<0，热量沿x轴负方向传递。 对于非稳定传热过程： )=元.027 PCp dx2 式中：p=密度(density),Cp=恒压热容。 二、固体材料热传导的微观机理(micro-mechan i sm) 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 = C
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v。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hv=业w
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 。 1. 声子和声子传导
1.声子和声子传导 气体热传导公式：1=C1 固体热传导普遍形式：=打Cod 式中，C—声子体积热容， l一声子平均自由程（mean free distance), D一声子平均速度(mean velocity)
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 Cl 3 1 = = C(v) l(v)dv 3 1