Bài giảng Vật liệu - Chương 7: Tính chất nhiệt của vật liêu

E – modul đàn hồi Ø 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..[r]

LOGO ü Các nguyên tử, phân tử hay ion các nút mạng luôn dao động quanh vị trí cân Khi các phần tử này nhận lượng dao động mạnh và truyền lượng dao động cho các phần tử xung quanh Sự dao động này tạo thành sóng âm với lượng tử sóng là phonon ü Electron tự kim loại và bán dẫn có thể khuếch tán mang theo lượng Material Ø Nhiệt dung (heat capacity) là • Polymers Polypropylene Polyethylene Polystyrene Teflon nhiệt lượng cần thiết dQ mà vật liệu hấp thụ từ môi trường để Ø Nhiệt dung riêng là nhiệt dung tính cho mol (J/mol.K, or cal/mol.K) kg (J/kg.K, cal/g.K) vật chất cp tăng nhiệt độ lên khoảng dT cp (J/kg.K) at room T 1925 1850 1170 1050 • Ceramics Magnesia (MgO) Alumina (Al2O3) 940 775 Glass 840 • Metals Aluminum Steel Tungsten Gold 900 486 138 128 Fourier’s Law: Mật độ dòng nhiệt (J/m2.s) dT q = -k dx Gradient nhiệt độ k= độ dẫn nhiệt (J/m.K.s): k phụ thuộc vào chất vật liệu Độ dẫn nhiệt phụ thuộc vào phonnons (do dao động các phần tử nút mạng) và electron Tăng k Vật liệu k (W/m.K) • Kim loại Nhôm 247 Thép 52 Vonfram 178 Vàng 315 • Gốm sứ Magnesia (MgO) 38 Alumina (Al2O3) 39 Thủy tinh Na 1.7 Silica (cryst SiO2) 1.4 • Polymer Polypropylene 0.12 Polyethylene 0.46-0.50 Polystyrene 0.13 Teflon 0.25 Cơ chế dẫn nhiệt Chủ yếu là di chuyển các electron tự k ≈ ke Dao động nguyên tử, ion k ≈ kl Dao động và quay các chuỗi polymer SV tự nhận xét !! Hầu hết chất rắn giãn nở gia nhiệt và co lại làm lạnh Nguyên nhân giải thích theo đường cong không đối xứng theo khoảng cách các nguyên tử Sự giãn nở này có thể biểu diễn theo biểu thức sau: lf – chiều dài nhiệt độ Tf l0 – chiều dài nhiệt độ T0 αl – hệ số nở dài ΔV – biến đổi thể tích mẫu nhiệt độ thay đổi ΔT αv – hệ số giãn nở thể tích, tính gần đúng: αv ≈ 3αl Polymer có hệ số giãn nở nhiệt khá lớn cấu trúc gấp khúc Ø Một dây kim loại Cu dài 15 m làm lạnh từ 40 oC xuống -9 oC Biết αl = 16,5.10-6 (oC)-1, tính thay đổi chiều dài dây Cu? Giải: Dl = a l l DT = [16.5 x 10 -6 (1 / °C)](15 m)[(-9°C) - 40°C] Dl = 0.012 m = -12 mm 10 Ø Ứng suất bên trong: thay đổi nhiệt độ, vật liệu co giãn sinh ứng suất nội Thay đổi nhiệt độ từ lạnh đến nóng (T0 đến Tf) E – modul đàn hồi Ø Ứng suất bề mặt: vật liệu tiếp xúc với môi trường nóng lạnh khác nhau, đặc biệt vật liệu dẫn nhiệt kém rapid quench s tries to contract during cooling T2 resists contraction T1 11 Ø Khi vật liệu tiếp xúc với môi trường nóng lạnh đột ngột Nếu vật liệu dẫn nhiệt kém, tạo ứng suất bề mặt lớn, gây nứt nẻ hay vỡ vụn (hiện tượng Shock nhiệt) Ví dụ: gốm sứ, thủy tinh bị nung nóng nhanh Ø Khả chịu nứt nẻ hay vỡ vụn gọi là độ bền Shock nhiệt TSR (Thermal Shock resistance): σf – ứng suất chống nứt E – modul đàn hồi k – hệ số dẫn nhiệt αl – hệ số nở dài 12 Ø Với kim loại khác tiếp xúc với nhau, tạo thành lớp điện tích kép gọi là tiếp xúc Ø Với dây kim loại, đầu tiếp xúc với nhiệt độ thấp (đầu lạnh) có ít điện tử đầu tiếp xúc với nhiệt độ cao (đầu nóng) → Điện tử di chuyển từ đầu tiếp xúc với nhiệt độ cao sang nhiệt độ thấp Ø Với chất bán dẫn loại p và n hình thành dòng điện đầu tiếp xúc với môi trường có nhiệt độ khác 13 Nối dây dẫn khác thành mạch kín, sau đó nhúng điểm nối vào hai môi trường có nhiệt độ khác nhau, xuất dòng điện mạch (hiệu ứng Seebeck) 14 Ứng dụng làm máy phát điện 15 Khi có dòng điện qua mạch kín tạo kim loại, dựa trên chiều dòng điện, mối nối: là thu nhiệt và là tỏa nhiệt, gọi là hiệu ứng Peltier absorbed released 16 Ứng dụng thiết bị làm lạnh