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!

TÍNH CHẤT NHIỆT NHIỆT ĐỘ NGUYÊN LÝ THỨ BA CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC: T=0K Khi phần tử đứng yên nút mạng • Nhiệt độ đặc trưng mức chuyển động phần tử mạng • T = K: Các phần tử đứng yên, electron chuyển động Hình ảnh minh họa nhiệt dao động nguyên tử • • • • Nhiệt làm nguyên tử dao động Dao động đồng thường có cấu hình lượng thấp + Tạo sóng dịch chuyển ng.tử + Còn gọi phonons, tương tự photons chuyển động ng.tử thay cho quang lượng tử Temperature Dependence of the Heat Capacity DÃN NỞ NHIỆT • Vật liệu thay đổi kích thước đốt nóng L final  L initial  (Tfinal  Tinitial ) L initial CTE: coefficent of thermal expanssion HSDNN (units: 1/K) L  L0   (T  T0 ) L0 Linit Lfinal Tinit Tfinal THERMAL STRESSES • Occurs due to: uneven heating/cooling mismatch in thermal expansion • Example Problem A brass rod is stress-free at room temperature (20C) It is heated up, but prevented from lengthening At what T does the stress reach -172MPa? Strain (ε) due to ∆T causes a stress (σ) that depends on the modulus of elasticity (E): L T L   thermal   (T  To ) Lo 100GPa 20 x 10-6 /C   E ( thermal)   E (T  To ) -172MPa Answer: 106C 20C THERMOELECTRIC COOLING & HEATING Two different materials are connected at the their ends and form a loop One junction is heated up There exists a potential difference that is proportional to the temperature difference between the ends dV Seebeck Coefficien t  S  ( V/K ) dT THERMOELECTRIC COOLING & HEATING Reverse of the Seebeck effect is the Peltier Effect A direct current flowing through heterojunctions causes one junction to be cooled and one junction to be heated up Lead telluride and or bismuth telluride are typical materials in thermoelectric devices that are used for heating and refrigeration Why does this happen? When two different electrical conductors are brought together, e- are transferred from the material with higher EF to the one with the lower EF until EF (material 1)= EF (material 2) Material with smaller EF will be (-) charged This results in a contact potential which depends on T e- at higher EF are caused by the current to transfer their energy to the material with lower EF, which in turn heats up Material with higher EF loses energy and cools down Peltier–Seebeck effect, or the thermoelectric effect, is the direct conversion of thermal differentials to electric voltage and vice versa The effect for metals and alloys is small, microvolts/K For Bi2Te3 or PbTe (semiconductors), it can reach up to millivolts/K Applications: Temperature measurement via thermocouples (copper/constantan, Cu-45%Ni, chromel, 90%Ni-10%Cr,…); thermoelectric power generators (used in Siberia and Alaska); thermoelectric refrigerators; thermal diode in microprocessors to monitor T in the microprocessors die or in other thermal sensor or actuators THERMOELECTRIC COOLING & HEATING http://www.sii.co.jp/info/eg/thermic_main.html ... CÁC TÍNH CHẤT THEO LIÊN KẾT Năng lượng chiều dài liên kết • Chiều dài liên kết, r F F r • Năng lượng liên kết, Eo CÁC TÍNH CHẤT TỪ LIÊN KẾT: TM • Nhiệt độ nóng chảy, Tm Tm lớn Eo lớn CÁC TÍNH CHẤT... tính HSDNN • VÍ DỤ • Một dây nhôm (Al) dài 10 m bị làm nguội từ 38 tới 10C Chiều dài sợi dây biến đổi ? • TÍNH: l = lo lT = (10 m) 23.6 x10 = - 9.2 mm 6 (C ) -1  (1C  38C) SỰ DẪN NHIỆT... CONDUCTIVITY • Khái niệm: Khả truyền nhiệt vật liệu • Định lượng: heat flux (J/m2-s) dT temperature q  k Fick’s First gradient dx k= thermal conductivity (J/m-K-s): Defines material’s ability to