Автор работы: Пользователь скрыл имя, 27 Марта 2012 в 20:10, реферат
Тепловое движение частиц твердого тела, как конденсированной среды, отлично от движения частиц газов. В основу теории твердого тела положена модель бесконечного идеального монокристалла. Частицы твердого тела, связанные между собой силами взаимодействия, которые зависят от расстояния, совершают колебания около положений равновесия в узлах кристаллической решетки. На основе этого и разработана теория теплоемкости и теплопроводности твердого тела. Знание величин теплоемкости и коэффициента теплопроводности твердого тела необходимо для инженерных расчетов при создании новых машин, расчете их коэффициента полезного действия, они нужны в строительстве для расчета тепловых свойств строений, их теплоизоляционных свойств.
Глава 1. Нормальные колебания атомов решетки.
Глава 2. Теплопроводность кристаллической решетки твердого тела.
Глава 3. Фононы. Фононный газ
Глава 4. Электронная теплопроводность
Расчет теплового сопротивления сложной детали проводится по правилам, аналогичным законам Ома.
Коэффициент тепло проводимости для электронного газа в металех имеет значение:
Кэл = Сэл lэл Vт , (4.2)
где Сэл – теплоемкость электронного газа, lэл - длина свободного пробега электрона, Vт - тепловая скорость:
, где mе - масса электрона.
Особую сложность при использовании формулы (4.2) представляет вычисление величины длинны свободного пробега электрона, поскольку это величина статистическая и зависит от движения других электронов в металле.
Электронная теплопроводность запишется:
(4.3)
, (4.4)
где .
При температурах выше комнатной для большинства металлов можно сделать следующее допущение
, (4.5)
Формула для электронной теплопроводности принимает вид:
(4.6)
Формула (4.6) совпадает с законом Видемана-Франца.
Таким образом, пользоваться законом Видемана-Франца при расчете теплопроводности металлов можно только при температуре выше температуры Дебая. При температурах ниже температуры Дебая использование закона Видемана-Франца приведет к большим неточностям при вычислении теплопроводности металлов.
Характерный вид кривой зависимости λ(Т) приведен на рисунке 4.1. теоретические и экспериментальные исследования показали, что тепло проводимость кристаллических веществ в области максимума λ(Т) довольно сильно зависит от дефектов кристаллической решетки.
Рис. 4.1. Температурная зависимость коэффициента электронной теплопроводности.
I - Увеличивается тепловая скорость Vт.
II - Cущественно уменьшается длина свободного пробега lэл из-за роста концентрации фононов в результате электрон-фононного взаимодействия. При Т<< θD вероятность рассеивания фононов уменьшается за экспонентой, что приводит к быстрому росту теплопроводности: .
Ш - При высоких температурах устанавливается баланс между lэл и nф , электронная теплопроводность практически не зависит от температуры. При этом величины Сэл и Vт можно считать постоянными.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дущенко В. П., Кучерук И. М. Общая физика. – К.: Высшая школа, 1995. – 430 с.
2. Зисман Г. А., Тодес О. М. Курс общей физики. В 3 т. – М.: Наука, 1995. – 343 с.
3. Кухлинг Х. Справочник по физике: Пер. с нем. – М.: Мир, 1983. – 520 с.
4. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике. – М.: Наука, 1982. – 846 с.
5. Шебалин О. Д. Физические основы механики. – М.: Высшая школа, 1981. – 263 с.