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物理性能

或杨氏模量其中,表示杨氏模数,表示正向应力,表示正向应变。

杨氏模量以英国科学家托马斯·杨命名。

各种物料的杨氏模数约值楊氏模量取决于材料的组成。

举例来说,大部分金属在合金成分不同、热处理在加工过程中的应用,其楊氏模量值会有5%或者更大的波动。

正如以下的很多材料的楊氏模量值非常接近。

∙ (1牛顿每平方毫米为1MPa)∙ (1千牛顿每平方毫米为1GPa)剪切模量剪力模数(shear modulus)是材料力学中的名词,弹性材料承受剪应力时会产生剪应变,定义为剪应力与剪应变的比值。

公式记为其中,表示剪力模数,表示剪应力,表示剪应变。

在均质且等向性的材料中:其中,是杨氏模数(Young's modulus ),是泊松比(Poisson's ratio)。

体积模量压缩示意图体积模量()也称为不可压缩量,是材料对于表面四周压强产生形变程度的度量。

它被定义为产生单位相对体积收缩所需的压强。

它在SI单位制中的基本单位是帕斯卡。

定义体积模量可由下式定义:其中为压强,为体积,是压强对体积的偏导数。

体积模量的倒数即为一种物质的压缩率。

还有其他一些描述材料对应变的反应的物理量。

比如剪切模量描述了材料对剪切应变的反应;而杨氏模量则描述了材料对线性应变的反应。

对流体而言,只有体积模量具有意义。

而对于不具有各向同性的固体材料(如纸、木等),上述三种弹性模量则不足以描述这些材料对应变的反应。

热力学关系严格的说,体积模量是一个热力学量。

说明在何种温度变化条件下对体积模量是有必要的。

等温体积模量()以及定熵(绝热)体积模量()或其他形式都是可能出现的。

实践中上述区分只是用于对气体的讨论中。

对于气体,绝热体积模量大约由下式给出:而等温体积模量大约由下式给出:其中为绝热指数;为压强。

对于流体,体积模量和密度决定了在该种材料中的声速。

此种关系由下式说明:固体可以传递横波,故要决定固体中的声速还需要其他的弹性模量,如剪切模量。

泊松比1起源泊松比由法国科学家泊松(Simon Denis Poisson,1781-1840)[1]最先发现并提出。

他在1829年发表的《弹性体平衡和运动研究报告》一文中,用分子间相互作用的理论导出弹性体的运动方程,发现在弹性介质中可以传播纵波和横波,并且从理论上推演出各向同性弹性杆在受到纵向拉伸时,横向收缩应变与纵向伸长应变之比是一常数,其值为四分之一。

若在弹性范围内加载,轴向应变εx与横向应变εy之间存在下列关系:εy=- νεx= |νεx|式中ν为材料的一个弹性常数,称为泊松比。

泊松比是量纲为一的量。

[2] 2详细介绍参考高等教育出版社的《工程力学》,里面对于弹性模量、泊松比、应力应变等说明的相当详细。

在材料的比例极限内,由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值。

比如,一杆受拉伸时,其轴向伸长伴随着横向收缩(反之亦然),而横向应变ε与轴向应变ε 之比称为泊松比ν。

[1]材料的泊松比一般通过试验方法测定。

在弹性工作范围内,μ 一般为常数,但超越弹性范围以后,μ 随应力的增大主次泊松比的区别Major and Minor Poisson's ratio主泊松比PRXY,指的是在单轴作用下,X方向的单位拉(或压)应变所引起的Y方向的压(或拉)应变;次泊松比NUXY,它代表了与PRXY成正交方向的泊松比,指的是在单轴作用下,Y方向的单位拉(或压)应变所引起的X方向的压(或拉)应变。

PRXY与NUXY是有一定关系的:PRXY/NUXY=EX/EY对于正交各向异性材料,需要根据材料数据分别输入主次泊松比,但是对于各向同性材料来说,选择PRXY或NUXY来输入泊松比是没有任何区别的,只要输入其中一个即可。

简单推导如下:假如在单轴作用下:(1)X方向的单位拉(或压)应变所引起的Y方向的压(或拉)应变为b;(2)Y方向的单位拉(或压)应变所引起的X方向的压(或拉)应变为a;则根据胡克定律得σ=EX×a=EY ×b→EX/EY =b/a又∵PRXY/NUXY=b/a∴PRXY/NUXY=EX/EY参考高等教育出版社的《材料力学》上下册,里面对于弹性模量、泊松比、应力应变等说明的相当详细。

弹性模量1简介3测量方法耐火材料线膨胀系数的常用测量方法是顶杆式间接法和望远镜直读法。

新的激光法测定线膨胀系数也越来越受到重视。

顶杆式间接法顶杆法是一种经典方法,采用机械测量原理,即将试样的一端固定在支持器的端头上,另一端与顶杆接触,试样、支持器和顶杆同时加热,试样与这些部件的热膨胀差值被顶杆传递出来,并被测量。

这类仪器由于试样位置(立式或卧式)、膨胀量的测量方法(直接测量、电子或光学方法)而区分成多种型号的仪器。

应用较普遍的是电感式膨胀仪。

它的传感器是差动变压器,也称差动变压器热膨胀仪。

由于顶杆和支持器尺寸较长,高温炉的加热条件难于使温度分布均匀一致,顶杆和支持器之间的膨胀量难以相互抵消,所以膨胀的测量值需要校正。

望远镜直读法望远镜直读法是用双筒望远镜直接观察炉内高温下试样395×1ang相绝;1,tj膨Ii胀值。

测量温度可高达2000C,目镜上的测微计直接测量试样伸长量。

所用试样较长,加热炉要有足够的恒温带。

该方法的缺点是一般不易自动记录。

现在已发展了定时照相的自动记录系统。

激光法测量热膨胀是近年发展的。

它是以一激光束扫描试样,而不断测定试样在加热过程中长度的变化。

由于测量精度高、计算机组成的全自动控制、记录和多功能系统而受到欢迎。

选择热膨胀测量方法时主要考虑测试范围、待测材料的种类和特性、测量精度和灵敏度等。

4生活应用5影响因素各项异性,平行晶体主轴方向热膨胀系数大,垂直方向热膨胀系数小。

5:内部裂纹及缺陷也会对热膨胀系数产生影响。

[2]材料的线膨胀系数备注:材料线膨胀系数=表内数值×1E-6/℃。

热导率定义:当温度垂直向下梯度为1℃/m时,单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量英文:coefficient of thermal conductivity或称“导热系数”。

是物质导热能力的量度。

符号为λ或K。

其定义为:在物体内部垂直于导热方向取两个相距1米,面积为1平方米的平行平面,若两个平面的温度相差1K,则在1秒内从一个平面传导至另一个平面的热量就规定为该物质的热导率,其单位为瓦特·米-1·开-1(W·m-1·K-1)。

如没有热能损失,对于一个对边平行的块形材料,则有E/t=λA(θ2-θ1)/ι式中E是在时间t内所传递的能量,A为截面积,ι为长度,θ2和θ1分别为两个截面的温度。

在一般情况下有:dE/dt=-λAdθ/dι热导率λ很大的物体是优良的热导体;而热导率小的是热的不良导体或为热绝缘体。

λ值受温度影响,随温度增高而稍有增加。

若物质各部之间温度差不很大时,在实用上对整个物质可视λ为一常数。

晶体冷却时,它的热导率增加极快。

钻石的热导率在已知矿物中最高1更多信息又称导热系数,反映物质的热传导能力。

按傅立叶定律(见热传导),其定义为单位温度梯度(在1m长度内温度降低1K)在单位时间内经单位导热面所传递的热量。

各种物质的热导率数值主要靠实验测定,其理论估算是近代物理和物理化学中一个活跃的课题。

热导率一般与压力关系不大,但受温度的影响很大。

纯金属和大多数液体的热导率随温度的升高而降低,但水例外;非金属和气体的热导率随温度的升高而增大。

传热计算时通常取用物料平均温度下的数值。

此外,固态物料的热导率还与它的含湿量、结构和孔隙度有关。

一般含湿量大的物料热导率大。

如干砖的热导率约为0.27W/(m·K)而湿砖热导率为0.87W/(m·K)。

物质的密度大,其热导率通常也较大。

金属含杂质时热导率降低,合金的热导率比纯金属低。

各类物质的热导率〔W/(m·K)〕的大致范围是:金属为50~415,合金为12~120,绝热材料为0.03~0.17,液体为0.17~0.7,气体为0.007~0.17,碳纳米管高达1000以上。

2相关数据一览表3前景与意义随着科学技术的快速发展,越来越多的高分子材料和纳米材料不断涌现出来。

而对于各种新物质新材料的热导率实验测定,将开启一个全新与未知的领域,这必然会带动现代物理学科的一次新飞跃。

同时也将为新型导热材料和新型隔热材料的开发与研究打下坚实的理论基础。

此举将对未来的空间探索活动和海洋探索活动提供强大的理论与物质支持。

人们希望得到高热导率并且具有很好机械性能的材料,来解决现在电子产品的很重要的散热问题,基于碳纳米管的独特性能,来自清华大学的研究人员制备出的高性能的碳纳米管纸在将来作为导热材料有很大的应用前景。

其中dT为温度改变量,dV为体积改变量。

理想气体的比热容:对于有f 个自由度的气体的定容比热容和摩尔比热容是:Cv,m=R*f/2Cv=Rs*f/2R=8.314J/(mol·K)迈耶公式:Cp=Cv+R比热容比:γ=Cp/Cv多方比热容:Cn=Cv-R/(n-1)=Cv*(γ-n)/(1-n)对于固体和液体,均可以用比定压热容Cp来测量其比热容,即:C=Cp (用定义的方法测量C=dQ/mdT)。

Dulong-Petit 规律:金属比热容有一个简单的规律,即在一定温度范围内,所有金属都有一固定的摩尔热容:Cp≈25J/(mol·K)所以cp=25/M,其中M为摩尔质量,比热容单位J/(kg·K)。

注:当温度远低于200K时关系不再成立,因为对于T趋于0,C也将趋于0。

5应用水的比热容较大,在工农业生产和日常生活中有广泛的应用。

这个应用主要考虑两个方面,第一是一定质量的水吸收(或放出)很多的热而自身的温度却变化不大,有利于调节气候;第二是一定质量的水升高(或降低)一定温度吸热(或放热)很多,有利于用水作冷却剂或取暖。

调节气候水的比热容较大,对于气候的变化有显著的影响。

在同样受热或冷却的情况下,水的温度变化小一些,水的这个特征对气候影响很大,白天沿海地区比内陆地区温升慢,夜晚沿海温度降低少,为此一天中沿海地区温度变化小,内陆温度变化大,一年之中夏季内陆比沿海炎热,冬季内陆比沿海寒冷。

海陆风的形成原因与之类似。

1.对气温的影响据新华社消息,三峡水库蓄水后,这个世界上最大的人工湖将成为一个天然“空调”,使山城重庆的气候冬暖夏凉。

据估计,夏天气温可能会因此下降5℃,冬天气温可能会上升3到4℃。

2.热岛效应的缓解晴朗无风的夏日,海岛上的地面气温,高于周围海上气温,并因此形成海风环流以及海岛上空的积云对流,这是海洋热岛效应的表现。

2010~2013年以来,由于城市人口集中,工业发达,交通拥塞,大气污染严重,且城市中的建筑大多为石头和混凝土建成,在温度的空间分布上,城市犹如一个温暖的岛屿,从而形成城市热岛效应。

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