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1、2023年材料热力学与动力学 第一篇：材料热力学与动力学 材料热力学与动力学 参考书目：1. Peter Atkins , Julio de Paula.Oxford University Press 2023.2. William F.Smith 2006.3.WilliamD.Callister2023.1.Cp为什么是个常数？材料结构、德拜公式、量子力学 练习题1 1.How to get microstructure picture and how to understand them.1扫描电子显微镜SEM，通过细聚焦电子束在样品外表扫描激发出的各种物理信号来调制成像的显微分析技术。
2、 应用：形貌分析显微组织、断口形貌、三维立体形态 2透射电子显微镜TEM，是接受透过薄膜样品的电子束成像来显示样品内部组织形态与结构。 应用：形貌分析显微组织和晶体缺陷 3X射线衍射XRD，利用X射线在晶体中的衍射现象来分析材料的晶体结构、晶格参数、晶体缺陷位错等、不同结构相的含量及内应力的方法。应用：点阵常数的测定、晶体对称性的测定 4电子探针EPMA利用聚焦的很细的电子束打在样品的微观区域，激发出样品该区域的特征X射线。 应用：微区毫米范围显微结构分析。 纵坐标表示衍射强度，横坐标2表示衍射方向(衍射线在空间分布的方位)2.From the OMOptics Microscope光学显微镜
3、pictures of a kinds of steel and an ordinary piece of china ,you can derive what kinds of information ,please list that and make a short discussion.钢铁材料的显微组织根据含碳量的不同各有不同，相同含碳量在不同温度下的组织也有所不同。含碳量为0.77的钢称为共析钢；含碳量低于0.77的钢称为亚共析钢；含碳量为0.772.11的钢称为过共析钢；含碳量高于2.11的称为铸铁。不同含碳量和合金成分的钢或铸铁，其显微组织各不相同。同一成分的钢或铸铁，经过不同
4、的金属热处理后也具有不同的显微组织。不同的显微组织具有不同的性能，因此钢铁可以通过热处理获得不同的性能。钢铁显微组织分析是探讨钢铁和评定钢铁制品质量的重要手段。 一般陶瓷材料经过光学显微镜视察外表有气孔、金相、玻璃相 4.How to link microstructure with processing? 5.In your opinion ,how to deal with the solid state materials microstructure evolution is helpful to you work? 细晶强化：通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法称为细晶强化，工
5、业上将通过细化晶粒以提高材料强度。方法：增加过冷度、变质处理、振动与搅拌、对于冷变形的金属可以通过限制变形度、退火温度来细化晶粒。 固溶强化：融入固溶体中的溶质原子造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行，从而使合金固溶体的强度与硬度增加。这种通过融入某种溶质元素来形成固溶体而使金属强化的现象称为固溶强化。 加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度上升，而塑性和韧性降低的现象。又称冷作硬化。产生缘由是，金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、裂开和纤维化，金属内部产生了剩余应力等。加工硬化的程度通常用加工后与加工前外表层显微硬度的比值和硬化层
6、深度来表示。其次相强化：复相合金与单相合金相比，除基体相以外，还有其次相存在。当其次相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相中时，将会产生显著的强化作用，这种强化作用称为其次相强化。其次相强化的主要缘由是它们与位错间的交互作用，阻碍了位错运动，提高了合金的变形抗力。 时效强化：合金元素经固溶处理后，获得过饱和固溶体。在随后的室温放置或低温加热保温时，其次相从过饱和固溶体中析出，引起强度，硬度以及物理和化学性能的显著转变，这一过程被称为时效。 6.For a piece of Alumina ceramics氧化铝陶瓷,using which ways to get needed microstruc
7、ture picture and from that to understand its structure development ,property specialty and control factors ,etc.金相显微镜，扫描电镜视察组织形貌。 电熔刚玉由于经过熔融工艺加工过程，因此一次晶体较大，一般较烧结a_A1203大几倍甚至几百倍;硬度高;脆性大;晶体边界尖锐。烧结a-A1203具有晶界圆滑及高硬度的特点，它的颗粒由大量细小微晶团聚而成。由烧结法制备的a_A1203粉体，其显微结构随烧结温度、添加剂、气氛等条件的变更而变更。 Advice Reading 1.Conside
8、ring standard china and its processing.从毛坯到产品，陶瓷材料需要二次加工，但由于硬脆特性，陶瓷的加工性比多属材料困难得多，因此需要开发优质高效的陶瓷加工新工艺新技术。先进陶瓷的加工，涉及到陶瓷材料的性能，加工技术，检测，连结和涂覆等许多方面。2.Discuss about the formation process of the tricalcium silicate(硅酸三钙).3.Review about the iron-carbon phase and its application(7个区域).铁碳合金相图是探讨钢铁的重要理论基础，它反映了平衡
9、状态下铁碳合金的成分、温度、组织三者之间的关系。铁碳相图是制定各种热加工及热处理工艺的根据，利用它还可以分析钢铁材料的性能，从而作为选材的理沦根据，它是学习铁碳合金的一个重要工具。 铁碳相图的应用可归纳为以下几个方面: 第一个方面1.估算碳钢和铸铁铸造熔化加热温度 是对已确定了化学成分的铁碳合金.参照铁碳相图选择热加工工艺方法。例如45钢在800以上温度范围内处于塑性极好的单相奥氏体区，故它可在此温度以上的区域进行锻造加工，以获得所需要的外观形态及内部组织形态。而含碳量在2.11 %以上的铁碳合金，无论加热到什么温度也无法获得塑性良好的单相组织状态。因此，无法运用锻造加工方法进行成型加工，然而
10、，它们的熔点却明显低于含碳量为2.11%以下的其它合金。因此，它们更相宜接受铸造加工工艺。其次方面2.估算碳钢锻造加热温度 在选材的过程中，可通过对不同化学成分的合金在室温时组织结构的分析，大致获得这些不同化学成分的合金在性能上的差异，然后再根据零件的服役条件和性能要求选择相宜的材料。例如，铁碳合金随着含碳量的提高，渗碳体的数量不仅越来越多，而且它的形态也在慢慢转变，进而导致机械性能规律性转变。第三方面3.估算热处理加热温度 是铁碳相图与热处理工艺有着特别亲热的联系。例如，淬火是强化钢材的重要手段之一。它是通过使过冷奥氏体转变为马氏体而实现的。结合铁碳相图，我们便可知道为什么不同的钢材(特别是
11、指含碳量不同的钢材)应选择不同的淬火加热温度，亚共析钢的正确淬火加热温度应为Ac3以上30 50。4.确定碳含量己知的合金在仟意温度下的平衡状态5.分析碳钢和铸铁的平衡相变过程及室温平衡组织 1由铁碳相图可知，含碳量小于2.11%的铁碳合金在较高温度下可得到单相奥氏体，即AESG 区，利用奥氏体的塑性好、变形抗力小，碳钢锻造时易于成形。 其次篇：动力学和热力学各模型特点 动力学和热力学各模型特点 准一级模型基于假定吸附受扩漫步骤限制； 准二级动力学模型假设吸附速率由吸附剂外表未被占有的吸附空位数目的平方值确定，吸附过程受化学吸附机理的限制，这种化学吸附涉及到吸附剂与吸附质之间的电子共用或电子转
12、移； n 粒子内扩大模型中，qt与t1/2进行线性拟合，假如直线通过原点，说明颗粒内扩大是限制吸附过程的限速步骤；假如不通过原点，吸附过程受其它吸附阶段的共同限制；该模型能够描述大多数吸附过程，但是，由于吸附初期和末期物质传递的差异，试验结果往往不能完全符合拟合直线通过原点的志向状况。粒子内扩大模型最适合描述物质在颗粒内部扩大过程的动力学，而对于颗粒外表、液体膜内扩大的过程往往不适合 Elovich 方程为一阅历式，描述的是包括一系列反应机制的过程，如溶质在溶液体相或界面处的扩大、外表的活化与去活化作用等，它特殊适用于反应过程中活化能转变较大的过程，如土壤和沉积物界面上的过程。此外，Elovi
13、ch 方程还能够揭示其他动力学方程所忽视的数据的不规则性。 Elovich和双常数模型适合于复非均相的扩大过程。 Langmuir模型假定吸附剂外表均匀，吸附质之间没有互相作用，吸附是单层吸附，即吸附只发生在吸附剂的外外表。Qm 为饱和吸附量，表示单位吸附剂外表，全部铺满单分子层吸附剂时的吸附量；该模型的假设对试验条件的转变比较敏感，一旦条件发生转变，模型参数则要作相应的变更，因此该模型只能适用于单分子层化学吸附的状况。Langmuir 等温吸附模型作为第一个对吸附机理做了生动形象描述的模型，为以后其他吸附模型的建立起到了奠基作用。 Freundlich 吸附方程既可以应用于单层吸附，也可以应
14、用于不均匀外表的吸附状况。Freundlich 吸附方程作为一个不均匀外表的阅历吸附等温式，既能很好的描述不均匀外表的吸附机理，更适用于低浓度的吸附状况，它能够在更广的浓度范围内很好地说明试验结果。但是，Freundlich 吸附方程的缺点则是不能得出一个最大吸附量，无法估算在参数的浓度范围以外的吸附作用。由于Freundlich 等温吸附方程受低浓度的限制，而Langmuir 等温吸附方程则受高浓度的限制。RedlichPeterson 等温吸附方程则是综合Freundlich 等温吸附方程和Langmuir 等温吸附方程而提出的较合理的阅历方程。A 是一个与吸附量有关的常数，B 也是一个与
15、吸附实力有关的阅历常数，指数g 为介于0 和1 之间的阅历常数。避开了吸附过程受浓度限制的影响。 Langmuir 方程适用于均匀外表的吸附，而Freundlich 方程和Temkin 方程适用于不均匀外表的吸附 第三篇：动力学和热力学各模型特点 n 准一级模型基于假定吸附受扩漫步骤限制； n 准二级动力学模型假设吸附速率由吸附剂外表未被占有的吸附空位数目的平方值确定，吸附过程受化学吸附机理的限制，这种化学吸附涉及到吸附剂与吸附质之间的电子共用或电子转移； n 粒子内扩大模型中，qt与t1/2进行线性拟合，假如直线通过原点，说明颗粒内扩大是限制吸附过程的限速步骤；假如不通过原点，吸附过程受其它
16、吸附阶段的共同限制；该模型能够描述大多数吸附过程，但是，由于吸附初期和末期物质传递的差异，试验结果往往不能完全符合拟合直线通过原点的志向状况。粒子内扩大模型最适合描述物质在颗粒内部扩大过程的动力学，而对于颗粒外表、液体膜内扩大的过程往往不适合 n Elovich 方程为一阅历式，描述的是包括一系列反应机制的过程，如溶质在溶液体相或界面处的扩大、外表的活化与去活化作用等，它特殊适用于反应过程中活化能转变较大的过程，如土壤和沉积物界面上的过程。此外，Elovich 方程还能够揭示其他动力学方程所忽视的数据的不规则性。n Elovich和双常数模型适合于复非均相的扩大过程。 Langmuir模型假定
17、吸附剂外表均匀，吸附质之间没有互相作用，吸附是单层吸附，即吸附只发生在吸附剂的外外表。Qm 为饱和吸附量，表示单位吸附剂外表，全部铺满单分子层吸附剂时的吸附量；该模型的假设对试验条件的转变比较敏感，一旦条件发生转变，模型参数则要作相应的变更，因此该模型只能适用于单分子层化学吸附的状况。Langmuir 等温吸附模型作为第一个对吸附机理做了生动形象描述的模型，为以后其他吸附模型的建立起到了奠基作用。 n Freundlich 吸附方程既可以应用于单层吸附，也可以应用于不均匀外表的吸附状况。Freundlich 吸附方程作为一个不均匀外表的阅历吸附等温式，既能很好的描述不均匀外表的吸附机理，更适用
18、于低浓度的吸附状况，它能够在更广的浓度范围内很好地说明试验结果。但是，Freundlich 吸附方程的缺点则是不能得出一个最大吸附量，无法估算在参数的浓度范围以外的吸附作用。由于Freundlich 等温吸附方程受低浓度的限制，而Langmuir 等温吸附方程则受高浓度的限制。RedlichPeterson 等温吸附方程则是综合Freundlich 等温吸附方程和Langmuir 等温吸附方程而提出的较合理的阅历方程。A 是一个与吸附量有关的常数，B 也是一个与吸附实力有关的阅历常数，指数g 为介于0 和1 之间的阅历常数。避开了吸附过程受浓度限制的影响。 Langmuir 方程适用于均匀外表
19、的吸附，而Freundlich 方程和Temkin 方程适用于不均匀外表的吸附 第四篇：化学热力学动力学总结写写帮整理 化学热力学动力学总结 高校一般化学的学习让我们相识到了中学化学与高校化学的不同之处，虽说机械专业对化学的学习只要求相识，但化学这一自然科学的学习对材料科学还是有很大的关心的，因此我们还是要了解相关学问的。 同时我们还应能够去适应高校的化学，终归高校的更深化，理论性更强，分类也多了，一大堆理论。总结就是，中学学的是一些浅显的结论及简洁的原理学问，高校将更深层次地学习这些结论，以及结论怎么得到的，更加严谨，符号也不同了，尤其是对高数学问的应用。 以下内容就是我对学完化学热化学及化
20、学反应的基本原理的总结，主要着手于对热力学和动力学的相识及其重点学问和如何解决实际问题所述。热力学和动力学的相识 热力学是要了解化学反应进行的方向还有最大限度以及外界条件对平衡的影响，动力学则是了解反应进行的速率以及中间的历程，就是常说的反应机理。最大的特点热力学不考虑时间，只考虑化学反应始末状态，动力学就要考虑时间。热力学 从能量转化观点探讨物质的热性质，揭示能量从一种形式转化为另一种形式时所遵从的宏观规律。热力学三定律是热化学的基础。 化学的热力学就是将热力学的原理应用于化学转变。化学的热力学必需探讨解决的问题是 方向性问题：反应能否自发进行；化学平衡问题：给定条件下，有多少反应物最大限度
21、转化为产物。一句话，化学热力学只回答反应的可能性问题。化学热力学的特点是： i.ii.iii.探讨对象为大量分子的集合体，探讨宏观物质，具有统计意义。只考虑转变前后的净结果，不考虑物质的微观结构和反应机理。能推断转变能否自发进行以及进行到什么程度，但不考虑所需时间。 化学热化学的局限性：不知道机理 速率和微观性质；只讲可能性，不讲现实性。动力学 化学动力学把热力学的可能性变为现实性，满意生产和科技的要求。化学动力学讲反应速率快慢及其影响因素 反应机理(怎样进行)，即反应的现实性。化学动力学才回答反应的现实性问题。对于一个化学反应化学动力学必需探讨的一个问题是：实现这种转化需要多久时间？如何转化
22、?即:反应速率，反应机理。同时我认为化学热力学是化学动力学的基础，是为解决化学反应所服务的。热力学和动力学重点学问 热力学第确定律：若封闭系统由始态(U1)变到终态(U2)，同时系统从环境吸热(q)得功(w)则系统热力学能的转变为 U=U2-U1=q+w 由此推导我们可以得到的重要的状态函数焓H的特点：等压且不做非体积功的过程热在数值上等于系统的焓变；并且当焓变小于零时，表示系统放热，焓变为正，系统吸热。 盖斯定律 : 在等容或等压条件下，化学反应的反应热只于反应的始态和终态有关，而与转变的途径无关，盖斯定律是我们计算反应的焓变的重要手段。 标准摩尔生成焓:规定在标准状态下100KPA,298
23、.15K由指定单质生成单位物质的量的纯物质时反应的焓变叫做该物质的标准摩尔生成焓。用符号fHm表示，单位是千焦/摩KJ/mol。 生成焓是说明物质性质的重要热化学数据，生成焓的负值越大，说明该物质键能越大，对热越稳定。 标准摩尔熵：对于化学反应而言，若反应物和产物都处于标准状态下，则反应过程的熵变，即为该反应的标准熵变。当反应进度为单位反应进度时，反应的标准熵变为该反应的标准摩尔熵变，以rSm(-)表示。与反应的标准焓变的计算相像，化学反应的标准摩尔熵变，可由生成物与反应物的标准熵求得。即为:生成物熵值之和减反应物熵值之和。另熵值可以通过查表获得。 物质的熵值规律：1，气体液体固体；2，困难分
24、子简洁分子； 吉布斯函数：xHm0而rSm0而rSm0的状况，反应原委向哪边进行，则要综合考虑H和S的影响来进一步探讨。定义吉布斯自由能G=HTS。因为H、T、S均为状态函数所以G为状态函数。吉布斯函数能够关心我们推断反应是否能自发进行，假如G0，自发过程，正方向进行；G=0，平衡状态；G0,非自发过程。 由此可得转变温度TrHm/rSm.等温方程：但在很多时候，反应温度并不都是在标准状况下，引进相对分压，我们可以得到G=G标准+RTInQ.化学平衡的移动及温度对平衡常数的影响：平衡常数一般只受到温度的影响，在有气体参加、有气体生成而且反应前后气体分子数转变的反应中，在其他条件不变时，增大压强
25、指压缩气体体积使压强增大，平衡向气体体积减小方向移动；减小压强指增大气体体积使压强减小，平衡向气体体积增大的方向移动。如何解决问题 化学动力学与化学热力学是相辅相成的,动力学的探讨必需以热力学的结果(确定反应有可能发生)为前提条件,而热力学只有与动力学相结合才能全面解决化学反应的实际问题。 化学热力学考虑的是反应的进行方向,以计算熵变焓变吉布斯自由能来说明反应是否能够进行,而不考虑反应的速率,反应事实上能进行到的限度；而化学动力学则是探讨化学反映过程的速率和反应机理的,通过对于反应机理的推想考量,定性定量的探讨速率,通过速率和试验来推想反应机理。以上内容就是我学完第一 二章后对化学热力学及动力
26、学的相识和总结。 第五篇：热力学与统计物理试题 1吉布斯相律的公式为() (A)f =k+3+f(B)f =k+2-f(C)f =f+3-k(D)f =f+2+k 2关于一级相变和二级相变() A一级相变有相变潜热，二级相变无相变潜热 B一级相变无相变潜热，二级相变有相变潜热 C两种相变都有相变潜热 D两种相变都无相变潜热 三、证明题 1证明志向气体的内能与体积无关.2证明在S,V不变的状况下,平衡态的U最小.四 计算题将质量相同而温度分别为T1和T2的两杯水在等压下绝热地混合，求熵变 2在三相点旁边，固态氨的蒸气压单位为方程为： 液态氨的蒸气压方程为： 试求氨三相点的温度和压强，氨的汽化热、升华热及在三相点的熔解热 二、简答题 1写出宏观状态下, 玻尔兹曼系统, Bose系统, Fermi 系统的微观状态数目。2 等概率原理 三、计算题 1:试求确定零度下电子气体中电子的平均速率。 2:试给出固体热容量的爱因斯坦理论 四、证明题根据玻尔兹曼系统的微观状态数用最可几法导出玻尔兹曼系统的最概然分布。