第6章热学性能-习题解答

第6章热学性能习题解答名词解释：格波：晶格振动波。声子：晶格振动波的量子化，严格意义上是晶格简谐振动的量子化。光子：光波的量子化。声频支振动：晶格振动波的振动频率在声频范围。光频支振动：晶格振动波的振动频率在声频范围。热容:“当一系统由于加给一微小的热量dQ而温度升高dT时，dQ/dT这个量即是该系统的热容。”（GB3102.4-93）即单位温度升高时所需要的热量。杜隆—珀替定律：无论晶体属于何种类型，其比热容（单位焦耳／（开尔文·千克））均为3R/MM，其中R为普适气体常数（单位焦耳／（开尔文·摩尔））MM为摩尔质量（单位千克／摩尔）。热膨胀系数：实际应用中，有两种主要的热膨胀系数，分别是：线性热膨胀系数(CLTE)：体积热膨胀系数：热导率：单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面积的热量。热应力：温度改变时，物体由于外在约束以及内部各部分之间的相互约束，使其不能完全自由胀缩而产生的应力。又称变温应力。综合题：1．热容的本质是什么？dTdxQtSλ∆×∆×∆=−答案：物体分子对热量的敏感程度和反应强度。敏感程度决定吸收多少热；反应强度决定升高多少温度。这些与分子结构,分子间距离有关。2.阐述晶态固体的热容随温度的变化规律。用经典理论解释热容的经验理论。答案：高温下：CV=3NAKB=3R；低温下：CV正比于T3。能量均分3．德拜热容理论取得了什么成功?讨论德拜热容理论在实际应用中的优点及不足。答案：高温下：CV=3NAKB=3R；低温下：CV正比于T3。理论与实验数据符合得比较好。计算复杂。4．影响热容的因素有哪些？答案：过程，等温过程，等压过程。5．什么是非简谐振动？由于非简谐振动，引起声子发生怎样的变化？答案：非简谐振动，引起声子导热。6．阐述固体材料的热膨胀机理。答案：固体材料中原子受力不对称，导致热膨胀。7．试用双原于模型说明固体热膨胀的物理本质。答案：固体材料中原子受力不对称，导致热膨胀。8．影响材料热膨胀的因素有哪些？答案：温度；结合能、熔点；晶体缺陷、密度；结构；铁磁性转变（相变）；键性。9．同为材料的热学性能，在讨论热容时，我们曾把晶格振动中的质点热振动看成是线性振动，而在讨论材料的热膨胀时，则认为这种热振动是非线性的。两者是否矛盾，是什么原因导致？在何种情况下，两者才会统一？答案：质点热振动看成是线性振动仅仅是一种假设，是一种处理方法。10．试分析材料导热机理。金属、陶瓷和透明材料导热机制有什么区别?答案：电子、声子、光子导热。11．固体材料热传导热阻的主要来源是什么？声子产生热阻的本质是什么？答案：声子的散射。晶格的振动。12．影响热导率的因素有哪些？答案：温度；成分；结构；气孔。13．影响材料散热的因素有哪些？答案：缺陷，杂质，晶界。14．比较同一组成的单晶、多晶、非晶态物质的热导率。答案：要点仍然是，缺陷，杂质，晶界。非晶态物质的热导率最高。多晶热导率最低。15．为什么金属材料有较大的热导率，而非金属材料的导热不如金属材料好？答案：λ纯金属＞λ合金＞λ建筑材料＞λ液体＞λ绝热材料＞λ气体。16．什么叫热稳定性？主要有哪些表示方法？答案：热稳定性，材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力。表示方法有：1.一种是在热冲击循环作用下，材料表面开裂、剥落，并不断发展，最终碎裂或变质。抵抗这类破坏的性能称为抗热冲击损伤性。2.一种是材料发生瞬时断裂，抵抗这类破坏的性能称为抗热冲击断裂性。