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温度对导热的影响

日期:2021-02-02浏览:320次

  由于在固体材料中热传导机构和过程是很复杂的,对于热导率的定量分析显得十分困难,因此下面对影响热导率的一些主要因素进行定性地讨论。今天主要看一下温度对导热的影响
 
  由式(4.1-51)可知,在以声子导热为主的温度区间,决定热导率的因素有材料的热容C、声子的平均速度v。自由程l。其中v通常可看作常数,只有在温度较高时,由于介质的结构松弛和蠕变,使介质的弹性模量迅速下降,才使v减小,如对一些多晶氧化物测得在温度高于1000~1300K时就出现这一效应。热容C与温度的关系是已经知道的,在低温下它与T3成比例,在超过德拜温度以后的较高温度上趋于一恒定值。声子平均自由程l随温度的变化,类似于气体分子运动中的情况,随着温度升高l值降低。实验指出,l值随温度的变化规律是:低温下l值的上限为晶粒的线度,高温下l值的下限为晶格间距。不同组成的材料,具体的变化速率不一,但随温度升高l减小的规律一致。
图4.1-19Al2O3单晶的热导率与温度的关系
 
  图4.1-19是氧化铝的热导率与温度的关系曲线,在很低温度时声子的平均自由程l增大到晶粒的大小(此时边界效应是主要的),达到了上限,因此l值基本上无多大变化,而热容Cv在低温下与温度的三次方成正比,因此λ也近似与T3成比例地变化。随着温度的升高,λ迅速增大,然而随着温度继续升高,l值要减小,Cv随T的变化也不再与T3成比例,而要逐渐缓和,并在德拜温度以后,Cv趋于一恒定值,而l值因温度升高而减小,成了主要因素,因此λ随温度升高而迅速减小,这样在某个低温处(~40K)λ值出现了*大值。更高温度后,由于Cv已基本上无变化,l值也逐渐趋于它的下限,所以温度的变化又变得缓和了。在达到1600K的高温后λ值又有少许回升,这就是高温辐射传热带来的影响。高温会使金属的迁移率和热导率降低,但是高温也将增加电子的能量,使热量得以通过点阵运动被传导,故金属的热导率往往先随温度升高而降低,保持恒定或稍有下降后稍许上升。

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