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1、-第一章三号固体热传导的物理根底第一节 小三号 根本概念和根本定律一、 温度场和温度梯度小四1、温度场：1、定义：物体中*一瞬间的温度分布。2、特征：温度是标量，温度场是标量场。3分类一：稳定温度场、非稳定温度场稳定温度场不随时间变化，非稳定温度场随时间变化 分类二：一维、二维、三维温度场稳定场非稳定场2、 等温面：温度场中在同一瞬间各等温点的轨迹。注意：温度不同的各等温面绝不会相交，因空间一点不可能同时具有两个不同的温度。3、 温度梯度：温度差t与法线n方向两等温面之间的距离n的比值的极限。注意：在等温面的法线方向上，温度变化最大。等温面和等温梯度4、 傅里叶定律重点 热流向量与温度梯度成正
2、比，方向相反。q=-grad t，温度是从高温到低温传递，但q是正值，为保持两边平衡，加一负号注意内容q：热流量，单位时间通过单位面积的热量：导热系数，单位时间内单位温度降度 时每单位面积通过的热量，是表征物质导热性能的重要物理量。常用单位，F：面积Q：在时间内通过面积F传导的总热量t：外表温度与沿导热方向L深度处温度的差值小小总结： 1、跟之前表达字符不同的是：时间T的小写，面积F，温度t 2、1千卡=1大卡 1卡=4.187焦耳，1千卡=4.187千焦耳kJ。 1焦耳=0.239卡第二节 稳定导热的计算公式一、 单层平壁此处用定积分的方法更简单。二、多层平壁由不同材料的平壁组成的复合壁称为
3、多层平壁三、单层圆筒壁四、球壁小结：1、 所有的积分用定积分都比拟简单些。2、 都建立在传输过程中热流量不损耗的前提下。3、 应用单层平壁：单层平壁测试的导热系数公式为所有稳态平板法和圆柱体纵向热流法的计算公式。多层平壁：无机非金属材料中的多层复合材料如涂层复合体等的有效导热系数的计算。在金属或非金属平壁底材上加涂的无机涂层材料就是一种典型的多层平壁。球壁：测定粉末材料或散装材料导热系数稳态圆球法。4、 可将热流类比电流第三节 物质导热机理概述一、 研究物质热传到的两种方法1工程热力学：从宏观的角度出发，运用数学手段求解微分方程。前两节2物理学科或材料学科角度：从微观角度出发，从分子和电子水平
4、上去提醒热传导的机理。二、所有物质共同的导热机理 导热：由于物体内局部子、原子和电子等微观粒子的热运动移动、转动和振动，而组成物体的物质并不发生宏观的位移，将热量从高温区传到低温区的过程。 所有物质的热传导，不管他处于什么状态，都是由于物质内部微观粒子相互碰撞和传递的结果。三、 导热系数的一般规律1，导热系数与物质种类有关通常金属的导热系数大于非金属 金属非金属；固体的导热系数大于液体，气体则最小固液气.2，同种物质的导热系数与其状态有关一般有固态时大于液态，液态时大于气态。根本原因：热传导的速度以电子碰撞的速度最快，声子碰撞次之，分子和原子碰撞最小。3，导热系数随温度变化的规律金属的导热系数
5、一般随温度增加而减小。液体液态金属、水、甘油除外的导热系数一般随温度升高而减小。气体的导热系数一般随温度升高而增大。第四节 分子导热机理由于气体、液体和固体中的导体和非导体的热导机理都是微观粒子相互的作用或碰撞。因此它们导热系数的数学表达式应具有一样的形式，差异仅仅是式中的物理量的涵义不同。：单位体积气体热容、：分子的平均速度、：分子的平均自由程第五节 电子导热机理 1、金属的导热机理以电子导热为主，声子导热为辅，金属是晶体，晶格或点阵的振动即声子导热的机构也有微小的奉献。 2、对于纯金属来说，电子导热占上峰；随着温度的降低，在低温下声子导热对金属总的导热奉献将来略有增大。 3、电子的导热系数
6、：电子的平均速度每个电子的热容单位体积电子热容每单位体积的电子数1电子热容与温度的关系： 中低温情况下：很高温度下：2电子的平均速度与温度的关系中低温情况下：很高温度下：电子动能（3） 电子的平均自由程与温度的关系 a、本质：平均自由程是由电子的散射过程决定。 电子受散射的实质：任何导致偏离周期势的机制都将散射电子。 导致偏离周期势的机制即影响电子平均自由程的因素：晶格振动晶格缺陷 固溶体中外来原子造成晶格的弹性畸变； 晶粒晶界和位错的存在，引起晶格的断裂。b、中等温度： 与T成反比 晶格振动格点上原子的热运动以及由此引起的离开平衡位置的位移，是造成电子散射的主要原因。 温度升高，热运动加剧，
7、原子偏离平衡位置的位移也增加，电子的平均自由程减小。c、很低温度： 为常数 晶格的热振动大大减少，几乎对电子的散射不起作用； 晶界和位错等缺陷对电子的散射作用增大； 对于给定金属，晶界和位错等缺陷根本固定，因此对电子散射过程中平均自由程的影响也是一定的。4电子导热与温度的关系金属的总的导热系数曲线是图中的虚线局部。在很低温度下，电子对导热系数的奉献是比拟小的，而晶格振动的格波或声子对导热系数的奉献确实很显著。(5) 电子导电a、维德曼夫兰兹WiedemannFranz定律在一定温度下，许多金属的热导率和电导率的 比值是一个常数 。b、电子导热和导电的关系导热和导电均是电子在外场作用下的迁移运动
8、导热外场是温度场，导电外场是电场。导热和导电均是材料的输运性质。导热和导电的过程本质都是电子受到散射，而漂移和碰撞的共同作用使电子体系处于定态，可以用玻耳兹曼方程求解。第六节 声子导热机理一、声子导热机理：声子运动的平均自由程声子的 前后两次碰撞间走过的平均距离 单位体积晶体比热声子运动的平均速度布里渊区内全部占据态平均速度的大小1、 Cv的影响因素 跟角频率、温度T有关，高温下为一常数，低温下与温度的三次方成正比。2、 平均速度与晶体密度、弹性模量等有关；温度对弹性模量有影响，所以受温度影响与角频率无关；为了简化起见，将其作为常数来处理。3、 平均自由程1声子间的散射；晶体不完整不完美导致的
9、声子散射声子受晶体的边界、晶界散射声子受晶体的缺陷杂质、空位等散射2晶体不完整不完美导致的声子散射在较高温度下一般室温以上，由晶体不完整性引起的声子散射与温度无关在很低温度下，声子间相互作用的散射机构对声子平均自由程的影响迅速减弱，而晶体不完整性、缺陷引起的这类散射机构直接影响和决定平均自由程的大小第七节 光子导热机理一、1、固体电介质中，声子导热并不是唯一的机构。2、固体材料中质点的振动、转动等运动状态的改变，会辐射出频率较高的电磁波。 3、在温度不太高时，固体中电磁辐射能很微弱，但在高温时就明显了。 二、 光子概念的理解电磁辐射的量子是一种玻色子在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子？不会理解在统计物理中，将辐射场看作是光子气体将电磁辐射产生的导热过程看作是光子在介质中的导热过程光子导热三、 光子的平均自由程1、 完全透明材料：lr较大，热阻很小2、 半透明材料： lr较小，热阻较大，lr比试样尺寸小的导热过程才有意义。3、 不透明材料：lr约为0，光子导热可以忽略，四、 光子导热机理小结1、材料的光谱吸收系数不会？ 温度的影响：温度升高，峰值波长减小，吸收系数减小，总的光子平均自由程和导热系数增大。2、气孔 气孔率越高，材料的透射性越差特别对短波长的光子，光子平均自由程和导热系数减小，这种现象随温度升高而加剧。小结：热阻跟前面的平均自由程成反比关系。. z.
