1 | P a g e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA KHOA HỌC VẬT LIỆU
BỘ MÔN KHOA HOC VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
GV: TS. TRẦN THỊ THANH VÂN
Tính chất nhiệt của vật liệu
Nhóm 6:
Bùi Lý Việt Trinh
Bùi Duy khánh
Nguyễn Văn Đại
Nguyễn Thị Thu
2 | P a g e
Giới thiệu
Phân tích nhiệt là phương pháp phân tích các tính chất vật lý cũng như
hóa học của mẫu đo một cách liên tục như những hàm của nhiệt độ,
nhiệt độ ở đây thay đổi có quy luật được định sẵn . trên cơ sở lý thuyết
về nhiệt động học, từ sự thay đổi các tính chất đó ta có thể xác định
được các thông số yêu cầu của việc phân tích. Các thông tin mà pp này
mang lại cho chúng ta là rất quan trọng đối với việc nghiên cứu và phát
triển một số loại sản phẩm.
3 phương pháp chính được đề cập đến là:
Phân tích nhiệt visai (DTA)
Quét nhiệt visai (DSC)
Phân tích nhiệt trọng lượng ( TGA)
I. Một số tính chất nhiệt
1. Nhiệt dung, nhiệt dung riêng.
Nhiệt dung là lượng nhiệt vật hoặc một khối chất thu vào hay tỏa ra để
tăng hoặc giảm 1°K hoặc 1°C. Nhiệt dung C được viết như sau
Trong đó dQ - năng lượng cần để gây ra độ biến thiên nhiệt độ dT.
Thông thường, nhiệt dung được tính theo mol của vật liệu (chẳng hạn
J/mol. K hoặc cal/mol.K).
Trong thực tế, có hai cách đo nhiệt dung của vật liệu tương ứng với các
điều kiện môi trường kèm theo sự truyền nhiệt. Một là nhiệt dung đẳng
tích Cv (thể tích mẫu được giữ không đổi) và hai là nhiệt dung đẳng áp
Cp luôn luôn lớn hơn Cv. Tuy nhiên, sự khác nhau giữa chúng là rất ít
đối với đa số các vật liệu rắn ở nhiệt độ phòng và thấp hơn.
Nhiệt dung do dao động mạng.
3 | P a g e
Trong đa số các vật rắn, dạng cân bằng năng lượng nhiệt chủ yếu là
bằng sự tăng năng lượng dao động của các nguyên tử. Nguyên từ trong
vật liệu rắn không ngừng dao động ở tần số rất cao và với biên độ
tương đối nhỏ. Những dao động của các nguyên tử lân cận phối hợp với
nhau bằng liên kết nguyên tử và theo phương thức truyền sóng mạng,
có thể xem đó là những sóng đàn hồi hay nói đơn giản là những sóng
âm, có bước sóng ngắn và tần số rất cao, lan truyền trong tinh thể với
tốc độ âm thanh. Năng lượng dao động nhiệt của vật liệu bao gồm một
dãy các song đàn hồi có phân bố và tần số khác nhau. Theo lý thuyết
lượng tử, năng lượng dao động nhiệt trong chất rắn bị lượng tử hoá; chỉ
có một số giá trị năng lượng là được phép. Một lượng tử đơn của năng
lượng dao động được gọi là một phonon (tương tự như lượng tử của
bức xạ điện từ phonon). Bản thân song dao động có khi cũng được gọi
bằng thuật ngữ phonon.
Chính những dao động song (song đàn hồi) này gây nên tần xạ nhiệt
của các điện tử tự do như trong dẫn điện điện tử và cũng tham gia vận
chuyển năng lượng trong dẫn nhiệt.
Nhiệt dung riêng (thường ký hiệu bằng chữ c nhỏ) là nhiệt dung của
một đơn vị khối lượng vật liệu (đơn vị J/kg.K hoặc cal/g.K) có giá trị
bằng nhiệt lượng cần truyền cho một đơn vị khối lượng chất đó để làm
tăng nhiệt độ lên 1°C. Trong hệ thống đo lường quốc tế, đơn vị đo của
nhiệt dung riêng là Joule trên kilôgam trên Kelvin, J•kg−1•K−1 hay
J/(kg•K), hoặc Joule trên mol trên Kelvin.
Các công thức tính:
Công thức 1: Gọi C là nhiệt dung riêng.khi đó một vật có khối lượng M ở
nhiệt độ T1 cần truyền một nhiệt lượng là Q để nhiệt độ vật tăng
lên T2 khi đó C có giá trị bằng:
Công thức 2: Giả sử vật rắn khảo sát có khối lượng M, nhiệt độ T và
nhiệt dung riêng C.
Cho vật rắn vào nhiệt lượng kế (có que khuấy) chứa nước ở nhiệt độ T1.
Gọi: m1 là khối lượng của nhiệt lượng kế và que khuấy.
4 | P a g e
C1 là nhiệt dung riêng của chất làm nhiệt lượng kế.
m2 là khối lượng nước chúa trong nhiệt lượng kế.
C2 là nhiệt dung riêng của nước.
Nếu T >T1 thì vật rắn tỏa ra một nhiệt lượng Q và nhiệt độ vật giảm từ T
xuống T2.
Q=M.C.(T – T2)
Đồng thời nhiệt lượng kế que khuấy và nước nhận số nhiệt lượng ấy để
tăng nhiệt từ T1 đến T2.
Q=(m1.C1+m2.C2)(T2–T1)
Suy ra:
2. Độ dẫn nhiệt
5 | P a g e
Dẫn nhiệt là quá trình truyền nhiệt từ phần tử này đến phần tử khác khi
chúng tiếp xúc trực tiếp với nhau và có sự chênh lệch nhiệt độ.
Dẫn nhiệt trên tinh thể do lan truyền dao động nhiệt của các phân tử
Độ dẫn nhiệt là một đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng dẫn
nhiệt của vật liệu. Biểu thức:
trong đó:
q - mật độ nhiệt thông, tức là dòng nhiệt đi qua một đơn vị diện
tích trong một đơn vị thời gian (diện tích được lấy vuông góc với
hướng của dòng nhiệt)
k - hệ số dẫn nhiệt.
dT/dx – građient nhiệt độ qua môi trường dẫn nhiệt.
Đơn vị của q và k tương ứng là W/m2 và W/m.K. Phương trình chỉ có
giá trị đối với dòng nhiệt ở trạng thái ổn định, nghĩa là trong điều kiện mà
mật độ dòng nhiệt không thay đổi theo thời gian. Dấu trừ trong biểu thức
chỉ dòng nhiệt truyền từ chỗ nóng đến chỗ lạnh, tức là theo hướng giảm
građien nhiệt độ.
Vd : độ dẫn nhiệt của 1 số vật liệu