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溫度對導(dǎo)熱的影響

日期:2021-02-02瀏覽:3641次

  由于在固體材料中熱傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)和過程是很復(fù)雜的,對于熱導(dǎo)率的定量分析顯得十分困難,因此下面對影響熱導(dǎo)率的一些主要因素進(jìn)行定性地討論。今天主要看一下溫度對導(dǎo)熱的影響
 
  由式(4.1-51)可知,在以聲子導(dǎo)熱為主的溫度區(qū)間,決定熱導(dǎo)率的因素有材料的熱容C、聲子的平均速度v。自由程l。其中v通常可看作常數(shù),只有在溫度較高時,由于介質(zhì)的結(jié)構(gòu)松弛和蠕變,使介質(zhì)的彈性模量迅速下降,才使v減小,如對一些多晶氧化物測得在溫度高于1000~1300K時就出現(xiàn)這一效應(yīng)。熱容C與溫度的關(guān)系是已經(jīng)知道的,在低溫下它與T3成比例,在超過德拜溫度以后的較高溫度上趨于一恒定值。聲子平均自由程l隨溫度的變化,類似于氣體分子運(yùn)動中的情況,隨著溫度升高l值降低。實(shí)驗(yàn)指出,l值隨溫度的變化規(guī)律是:低溫下l值的上限為晶粒的線度,高溫下l值的下限為晶格間距。不同組成的材料,具體的變化速率不一,但隨溫度升高l減小的規(guī)律一致。
圖4.1-19Al2O3單晶的熱導(dǎo)率與溫度的關(guān)系
 
  圖4.1-19是氧化鋁的熱導(dǎo)率與溫度的關(guān)系曲線,在很低溫度時聲子的平均自由程l增大到晶粒的大小(此時邊界效應(yīng)是主要的),達(dá)到了上限,因此l值基本上無多大變化,而熱容Cv在低溫下與溫度的三次方成正比,因此λ也近似與T3成比例地變化。隨著溫度的升高,λ迅速增大,然而隨著溫度繼續(xù)升高,l值要減小,Cv隨T的變化也不再與T3成比例,而要逐漸緩和,并在德拜溫度以后,Cv趨于一恒定值,而l值因溫度升高而減小,成了主要因素,因此λ隨溫度升高而迅速減小,這樣在某個低溫處(~40K)λ值出現(xiàn)了*大值。更高溫度后,由于Cv已基本上無變化,l值也逐漸趨于它的下限,所以溫度的變化又變得緩和了。在達(dá)到1600K的高溫后λ值又有少許回升,這就是高溫輻射傳熱帶來的影響。高溫會使金屬的遷移率和熱導(dǎo)率降低,但是高溫也將增加電子的能量,使熱量得以通過點(diǎn)陣運(yùn)動被傳導(dǎo),故金屬的熱導(dǎo)率往往先隨溫度升高而降低,保持恒定或稍有下降后稍許上升。

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