第02章 节 金属热性能.ppt

第二章金属的热性能
(thermal properties)
包括:热容、热膨胀、热传导、热辐射等
与晶格振动直接相关
晶格振动:原子在平衡位置附近的微小振动
以波的形式在晶格中传播--格波
热容:物体温度升高1K时所需要的热量,J/K
是表征物体在变温过程中与外界热量交换特性的物理量,直接与物质内部原子和电子无规则热运动相联系
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比热容:单位质量的物体温度升高1K时所需要的热量,
J/( kg·K ),与物质本性有关,与温度有关
定压比热容cp:压力不变时求出的比热容
定容比热容cv:体积不变时求出的比热容
定压比热容中含有膨胀功
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对金属, cv不能直接测量,需由实验测得cp,再换算
温度改变时,金属体积变化很小,故cp与cv的差值很小,且差值随温度的降低而减小。
原因:温度降低时其内能随温度的变化很小。
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金属热容随温度变化的特性曲线
Ⅰ区:T:0~5K,cv∝T
Ⅱ区: cv∝T3,T达到时, cv=3R
Ⅲ区: cv>3R,增加部分主要是自由电子热
容的贡献
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第一节金属的热容理论
一、经典热容理论(杜隆-珀替定律)
若晶体有N个原子,则有3N个自由度
金属原子的热振动既具有动能,又具有位能,两者不断地相互转换,且平均动能与平均位能统计地相等。所以一摩尔金属的总内能应为
Um=3NkT=3RT
金属的定容摩尔热容为
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1 mol金属总的振动能量
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=
=
讨论
在高温时热容和杜隆—珀替定律一致,并和热容曲线符合得较好。。
值一般在100~300K范围
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在低温时,热容与温度之间的关系中存在指数项,不符合实验的 cv=T3 关系,即随着温度的降低,爱因斯坦热容理论值比实验值要更快地下降而趋近于零。
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