Bài giảng Cơ sở khoa học vật liệu: Tính chất nhiệt - Cao Xuân Việt

Bài giảng Cơ sở khoa học vật liệu: Tính chất nhiệt - Cao Xuân Việt cung cấp cho học viên những kiến thức về nhiệt độ, nhiệt dung, giãn nở nhiệt, các tính chất theo liên kết, sự dẫn nhiệt, sự dẫn nhiệt,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Cơ sở khoa học vật liệu: Tính chất nhiệt - Cao Xuân ViệtTÍNH CHẤT NHIỆT NHIỆT ĐỘNGUYÊN LÝ THỨ BA CỦANHIỆT ĐỘNG HỌC: • Nhiệt độ đặc trưng mức chuyển động các phần tửT=0K trong mạng.Khi các phần tử đứng yên ở • T = 0 K: Các phần tử đứngnút mạng. yên, nhưng các electron vẫn chuyển động.Hình ảnh minh họa nhiệt và dao động nguyên tử• Nhiệt làm nguyên tử dao động.• Dao động đồng bộ thường có cấu hình năng lượng thấp.• + Tạo sóng dịch chuyển ng.tử.• + Còn gọi là phonons, tương tự photons nhưng chuyển động ng.tử thay cho quang lượng tử.Temperature Dependence of the Heat Capacity DÃN NỞ NHIỆT• Vật liệu thay đổi kích thước khi đốt nóngL final  L initial Tinit  (Tfinal  Tinitial ) Linit L initial Tfinal Lfinal CTE: coefficent of thermal expanssion HSDNN (units: 1/K) L  L0   (T  T0 ) L0 CÁC TÍNH CHẤT THEO LIÊN KẾT Năng lượng và chiều dài liên kết• Chiều dài liên kết, rF F r• Năng lượng liên kết, Eo CÁC TÍNH CHẤT TỪ LIÊN KẾT: TM• Nhiệt độ nóng chảy, Tm Tm lớn hơn nếu Eo lớn hơn. CÁC TÍNH CHẤT TỪ LIÊN KẾT Tính đàn hồi• Modulu đàn hồi, E Elastic modulus F L =E Ao Lo E tương tự như hằng số lò so• E ~ độ cong tại ro Energy unstretched length ro E lớn hơn nếu độ cong lớn hơn. r smaller Elastic Modulus larger Elastic Modulus TÍNH CHẤT TỪ LIÊN KẾT: CTE or • Hệ số dãn nở nhiệt,  coeff. thermal expansion L =  (T2-T1) Lo•  ~ đối xứng tại ro  lớn hơn nếu Eo bé hơn và không đối xứng . Vị trí nguyên tử và dao động• Minimum năng lượng nguyên tử tương ứng với đường cong khoảng cách giữa các nguyên tử đàn hồi ở ngay bên cạnh (chiều dài liên kết).• Chiều rộng của đường cong tỷ lệ với biên độ dao động nhiệt của T3 nguyên tử.• Nếu đường cong đối xứng, không T2 có sự dịch vị trí trung bình của nguyên tử (là tâm của dao động ở T0 mọi giá trị T).• HSDNN không có thể bỏ qua (negligible) với tường năng lượng đối xứng. Sự dãn nở nhiệt• Nếu đường cong không đối xứng, nguyên tử bị trượt đi so với vị trí trung bình.• Chiều dài liên kết thay đổi (usually get bigger for increased T).• HSDNN khác không (nonzero).SO SÁNH HSDNN •Sự dãn nở nhiệt luôn phải tính tới trong thiết kế, từ bán dẫn tới cây cầu. •Cần quan tâm đặc biệt khi nhiệt độ thay đổi nhiều (máy, thiết bị…). Tại sao  giảm khi tăng năng lượng liên kết ? Selected values from Table 19.1, Callister 6e. Ví dụ tính HSDNN• VÍ DỤ• Một dây nhôm (Al) dài 10 m bị làm nguội từ 38 tới - 10C. Chiều dài sợi dây biến đổi như thế nào ?• TÍNH:l = lo lT = (10 m) 23.6 x10 6 (C ) -1  (1C  38C) = - 9.2 mm SỰ DẪN NHIỆT THERMAL CONDUCTIVITY • Khái niệm: Khả năng truyền nhiệt của vật liệu. • Định lượng: dT temperature q  k gradient Fick’s First Law heat flux dx (J/m2-s) k= thermal conductivity (J/m-K-s): Defines material’s ability to transfer heat.Q.điểm ng.tử: Dao động electron (hoặc ng.tử)truyền từ vùng T cao tới vùng T thấp.Kim loại: dao động electron tự do là chính.Ceramic và Polymer: phonons là chính ...