固体热传导的物理基础-第一章

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1、第一章（三号）固体热传导的物理基础第一节（小三号）基本概念和基本定律一、温度场和温度梯度（小四）1、温度场：（1）、定义：物体中某一瞬间的温度分布。（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Δt与法线n方向两等温面之间的距离Δn

2、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比，方向相反。q=-λgradt，（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λ：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τ时间内通过面积F传导的总热量Δt：表面温度与沿导热方向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τ（T

3、的小写），面积F，温度t2、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较简单些。2、都建立在传输过程中热流量不损耗的前提下。3、4、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

4、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。1、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，从分子和电子水平上去揭示热传导的机理。二、所有物质共同的导热机理导热：由于物体内部分子、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

5、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（λ金属>λ非金属）；固体的导热系数大于液体，气体则最小（λ固>λ液>λ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一般随温度增加而减小。液体（液态金属、水、甘油除外）的

6、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相同的形式，差别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贡献。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

7、热贡献将来略有增大。3、电子的导热系数：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、

8、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，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，晶界和位错等缺陷基本固定，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部分。在很低温度下，电子对导热系数的贡献是比较小