Bài giảng vật liệu (GV Nguyễn Văn Dũng) - Chương 7: Tính chất nhiệt của vật liêu

Các nguyên tử, phân tử hay ion ở các nút mạng luôn dao động quanh vị trí cân bằng. Khi các phần tử này nhận năng lượng sẽ dao động mạnh hơn và truyền năng lượng dao động cho các phần tử xung quanh.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng vật liệu (GV Nguyễn Văn Dũng) - Chương 7: Tính chất nhiệt của vật liêuLOGO 1 2ü Các nguyên tử, phân tử hay ion ở các nút mạng luôn dao động quanh vị trí cân bằng. Khi các phần tử này nhận năng lượng sẽ dao động mạnh hơn và truyền năng lượng dao động cho các phần tử xung quanh. Sự dao động này tạo thành sóng âm với lượng tử của sóng là phonon.ü Electron tự do trong kim loại và bán dẫn có thể khuếch tán mang theo năng lượng. 3 Material cp (J/kg.K)Ø Nhiệt dung (heat capacity) là at room T • Polymers nhiệt lượng cần thiết dQ mà vật Polypropylene 1925 liệu hấp thụ từ môi trường để Polyethylene 1850 Polystyrene 1170 tăng nhiệt độ lên một khoảng dT. Teflon 1050Ø Nhiệt dung riêng là nhiệt dung • Ceramics cp tính cho 1 mol (J/mol.K, or Magnesia (MgO) 940 Alumina (Al2O3) 775 cal/mol.K) hoặc 1 kg (J/kg.K, Glass 840 cal/g.K) vật chất. • Metals Aluminum 900 Steel 486 Tungsten 138 Gold 128 4 Fourier’s Law: dT Gradient nhiệt độ Mật độ q = -k dx dòng nhiệt k= độ dẫn nhiệt (J/m.K.s): (J/m2.s) k phụ thuộc vào bản chất của mỗi vật liệuĐộ dẫn nhiệt phụ thuộc vào phonnons (do sự dao động của các phầntử ở nút mạng) và do electron. 5 Cơ chế dẫn nhiệt Vật liệu k (W/m.K) • Kim loại Nhôm 247 Chủ yếu là sự di chuyển của Thép 52 các electron tự do Vonfram 178 Vàng 315 k ≈ ke • Gốm sứTăng k Magnesia (MgO) 38 Alumina (Al2O3) 39 Dao động nguyên tử, ion Thủy tinh Na 1.7 Silica (cryst. SiO2) 1.4 k ≈ kl • Polymer Polypropylene 0.12 Polyethylene 0.46-0.50 Dao động và quay của các Polystyrene 0.13 chuỗi polymer Teflon 0.25 6SV tự nhận xét !! 7Hầu hết chất rắn đều giãn nở khi gia nhiệt và co lại khi làm lạnh.Nguyên nhân được giải thích theo đường cong thế năng không đốixứng theo khoảng cách các nguyên tử. 8 Sự giãn nở này có thể biểu diễn theo biểu thức sau:lf – chiều dài ở nhiệt độ Tfl0 – chiều dài ở nhiệt độ T0αl – hệ số nở dàiΔV – biến đổi thể tích mẫu khi nhiệt độ thay đổi ΔTαv – hệ số giãn nở thể tích, tính gần đúng: αv ≈ 3αlPolymer có hệ số giãn nở nhiệt khá lớn do cấu trúc gấp khúc 9Ø Một dây kim loại Cu dài 15 m được làm lạnh từ 40 oC xuống -9 oC. Biết αl = 16,5.10-6 (oC)-1, tính sự thay đổi chiều dài của dây Cu?Giải: Dl = a l l 0 DT = [16.5 x 10 -6 (1 / °C)](15 m)[(-9°C) - 40°C] Dl = 0.012 m = -12 mm 10Ø Ứng suất bên trong: khi thay đổi nhiệt độ, vật liệu co giãn sinh ra ứng suất nội. Thay đổi nhiệt độ từ lạnh đến nóng (T0 đến Tf) E – modul đàn hồiØ Ứng suất bề mặt: khi vật liệu tiếp xúc với môi trường nóng lạnh khác nhau, đặc biệt khi vật liệu dẫn nhiệt kém rapid quench s tries to contract during cooling T2 resists contraction T1 11Ø Khi vật liệu tiếp xúc với môi trường nóng lạnh đột ngột. Nếu vật liệu dẫn nhiệt kém, sẽ tạo ứng suất bề mặt lớn, gây nứt ...