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范德瓦尔斯系数随温度的改变及其对热容量的影响

范德瓦尔斯系数随温度的改变及其对热容量的影响
范德瓦尔斯系数随温度的改变及其对热容量的影响

范德瓦尔斯系数随温度的改变及其对热容量的影响

刘国跃

(绵阳师范学院物理与电子工程学院,四川绵阳 621000)

摘 要:采用热力学方法,分析了在400K-2500K 的温度范围内范德瓦尔斯系数a 、b 随温度发生改变的近似规律,分析了范德瓦尔斯系数随温度发生改变对热容量的影响,以氮气为例,对相关问题进行了讨论,并将结果与理想气体行为和已有的实验数据进行了比较.结果表明,在讨论的温度范围区,相互作用的影响仍然存在,范德瓦尔斯系数随温度变化有较好的线性规律;系数a 和数b 随温度发生改变对热容量修正的贡献不同,但随着温度升高,这两种修正都逐渐变得微弱.关键词:范德瓦尔斯系数;摩尔热容量

中图分类号:O414 文献标识码:A 文章编号:1001-2443(2010)06-0547-04

理想气体状态方程对气体宏观性质的描述过于简化,实用价值不大.对于实际气体性质的描述,需要采用实际气体的状态方程.不同的气体,不同的模型,不同的温度和压强条件,所采用的实际气体的状态方程形式也不相同,由于气体分子间的相互作用,不同形式的实际气体的状态方程包含一些由气体性质决定的参数也各不相同.由于理论模型简单、只有两个参数,参数已有明确的确定方法,范德瓦尔斯方程在实际应用中占有重要地位,范德瓦尔斯系数是正确描述气体物理性质的重要基础,所以一直是重要的研究对象[1-5].但在实际应用中对范德瓦尔斯系数的认识还有待深化,其关键在于范德瓦尔斯系数不是常数,这些系数如何随温度发生变化少有人探讨. 氮气在织染技术、生物制品存储防腐、食品工业、天然气管道和汽车轮胎防爆等方面都有重要应用[6-8],一直是工农业生产和科技发展关注的重要气体.在低温区和高温区,分子间的相互作用力的情况差异较大,范德瓦尔斯系数及其随温度变化的情况也明显不同,文献[5]研究了范德瓦尔斯氮气在低温时的相关问题,本文将研究较高温度400K-2500K 范围内,氮气的范德瓦尔斯系数随温度发生变化及其对热容量的影响.

1 范德瓦尔斯系数的理论结果

对于一摩尔范德瓦尔斯气体,状态方程为

(V -b )(p +

a

V 2

)=RT (1)

其中的a 和b 是范德瓦尔斯系数,它们确定了,该方程也就确定了. 确定范德瓦尔斯系数有几种方法.在微观理论中,范德瓦尔斯气体采用了具有吸引力的刚球模型即Sutherland 模型,对于直径为d 的球型分子,相互作用强度为 0,忽略分子有效直径随温度变化为前提,求得的范德瓦尔斯系数是常数[9-10]

b =4N A

43 (d

2

)3,a = bN A (2)这个结果表明,范德瓦尔斯系是与温度无关的常数.但这里的前提与实际不符,范德瓦尔斯系数应当是随温度发生改变的变数.

在宏观热力中,采用多级近似的级数展开的方法,即含有多个维里系数B 、C 、D 的昂尼斯方程[11]来描述实际气体状态

收稿日期:2010-04-10

基金项目:四川省教育厅重点科研项目(08ZA164).

作者简介:刘国跃(1960-),男,四川德阳人,教授,博士,主要从事原子分子物理和热力学统计物理研究.

第33卷6期2010年11月

安徽师范大学学报(自然科学版)

Journal of Anhui Normal University (Natural S cience)

Vol.33No.6Nov .2010

p v=RT(1+B(T)

V +

C(T)

V2

+ )(3)

昂尼斯方程级数展开的思想,即简化了实际气体方程的形式给出了一个普遍的思路,又根据不同精度要求进行合理截取展开式的灵活性,具有重要的理论简直和指导意义,可用统计力学的方法求出各维里系数,并赋予它们明确的物理意义.例如,第二维里系数B表示气体两个分子间的相互作用效应,第三维里系数C表示气体三个分子间的相互作用效应,等等.维里系数是物性常数,不同的气体有不同的维里系数集合,方程(4)明确表示,维里系数还与温度有关,但理论上还不能写出具体的函数关系.

其他形式的实际气体状态方程总可以最后写成级数展开的形式,方程中的参数与维里系数建立了联系.将范德瓦尔斯方程也展开成级数形式,并与昂尼斯方程相比较,得范氏系数与维里系数的关系

a=(C-B)RT=(b-B)RT,b=C(4) 2 范德瓦尔斯系数及其随温度改变的近似规律

人们希望从实验来获得维里系数,从而得到范德瓦尔斯系数.热力学理论和实际应用中常常用临界性质来确定范德瓦尔斯系数[12].设临界状态为(V c,T c,p c),则范德瓦尔斯系数a和b为

b=RT c

8p c ,a=

27R2T2c

64p c

(5)

例如,大量存在于空气中的氮气,采用临界性质确定的范德瓦尔斯系数a0=1.37atml2/mol2,b0=0. 0387l/mol,其实,这只相当于170K-180K温度范围内的范德瓦尔斯系数[6].这样确定的范德瓦尔斯系数是常数,同样看不出与温度有什么联系.

实际工作中,也可采用实验测得维里系数,再通过方程(4)范德瓦尔斯系数,因为维里系数是一个随温度改变的集合,从而也反映了范氏系数随温度发生改变的情况,这是非常重要的实验事实和物理表现.但是,维里系数的测量相当困难.如果温度范围不大,温度对系数的影响变化规律得不到显现;如果温度跳跃变化

跨步太大,也不能准确反映系数随温度变化的规律,这势必造成测点很多;一套维里系数包含的个数在理论上可以有无穷多,不可能全部都测量,取舍到何种程度就要看精度要求了.实际应用中,常测量到第二、第三维里系数已有足够精度.即或如此,公开发表的测量结果,尤其是超过3000K温度范围的测量结果非常少,接近6000K温度范围的测量结果更少.

表1是在(400-2500K)温度范围内,实验测得的氮气的维里系数[12]和转换成的范德瓦尔斯系数,反映了不同温度下范德瓦尔斯系数的取值情况.表1 不同温度下氮气的维里系数和范德瓦尔斯系数T

(K)

B(cm3/mol)

C

(c m6/mol)

102a

(atm l2/mol2)

102b

(l/mol) 4008.511188.2933.343651 50015.610657.08993.263434 60020.110255.94433.201562 70023.110065.01553.171750 80025.2991.44.18153.148651 100027.9967.22.66053.109984 120029.5945.21.24133.074411 150030.8914.40.71473.023905 200031.8870.70.38122.950763 250032.1831.80.67742.884094

从表中数据易见,氮气的范德瓦尔斯系数随温度变化有两个主要特点.其一,系数a比系数b随温度升高先增大后减小,减小得更快;其二,不同温度下,范德瓦耳斯系数可以相差很大.对于范德瓦尔斯系数a,在100K有极大值,在600K时的值只是100K时的近三分之一;对于范德瓦尔斯系数b,在110K有极大值, 600K时相对于极大值下降了近一半.范德瓦尔斯系数a和b如此大的变化的确不应再作常数处理,这些变化也将对范德瓦尔斯气体的热力学性质带来变化.

图1是范德瓦尔斯系数a随温度发生改变的情况.不难看出,随着温度的升高,范德瓦尔斯系数a不断减小,系数a衰减较快,在(1000-2000K)温度范围有很好的线性变化规律,在2000K时已很小,温度再升高,其值变化不大,但线性趋于零的趋势明显.

由于在400K-2500K的温度范围内,文献采用的实验数据点不多,温度跨度大,数值拟合的可信度降低,范德瓦耳斯系数a随温度变化的规律近似表达为三段线性函数具有较好的合理性548安徽师范大学学报(自然科学版)2010年

a =a(T )=

1.2047

-9.3875!10-4T =a 01- 1T ,400K ?T <1000K

0.5702-3.0417!10-4

T =a 20- 2T ,1000K ?T <2000K 0.08036-5.9240!10-5T =a 30- 3T ,2000K ?T <2500K

(6)

图1 范德瓦尔斯系数a 随温度发生改变 图2 范德瓦尔斯系数b 随温度发生改变

图2是范德瓦尔斯系数b 随温度发生改变的情况.不难看出,在低温段,范德瓦尔斯系数b 有一个急速增大和急速减小的过程,峰值出现在110K 附近,这正是氮的临界转化处.随着温度的升高,范德瓦尔斯系数b 不断减小,在600K 以上,减小明显放慢,但有很好的线性规律,理论上预计,应当趋于一个定值,但给出的实验数据有限,不能表现出理论的预期.

同理,在400K -2500K 的温度范围内,对于范德瓦耳斯系数b 随温度变化的规律近似表达为两段线性段函数

b =b(T )=

0.03628-7.1045!10-6T =b 01-!1T ,400K

(7)

3 范德瓦尔斯系数随温度变化对气体摩尔热容量的影响

具有实际应用价值能最直接表现气体热力学性质的客观测量是摩尔热容量.范德瓦尔斯系数随温度发生改变,必然直接影响热容量也随温度而发生变化.定容摩尔热容量往往难以得到,可以由定压摩尔热容量以及定压摩尔热容量与定容摩尔热容量之差来决定.对于范德瓦尔斯气体,若视范德瓦尔斯系数与温度无关时,已经有一个结果

c p -c v =

R

1-2a(V -b)2RT V 3

=?

c 0(8) 由于范德瓦尔斯系数实际上要随温度发生改变,上述公式与实际结果必然存在差别.考虑范德瓦尔斯系数随温度发生改变的规律,求热容量的过程也会涉及到范德瓦尔斯系数随温度变化的一阶导数,令两个范德瓦尔斯系数关于温度的一阶导数分别为 =da /dT ,!=db/dT (9)

根据定压和定容热容量之差的一般关系 c p -c v =T (

p T )V ( V T )p

(10) 得到的摩尔热容量之差是 ?c =?c 0[1+ 2T

R 2V

4(V -b)2-!2T (V -b)2]

(11) 第二和三项分别是范德瓦尔斯系数a 、b 随温度改变带来的修正,这个结果的确不同于公式(8),当认为

范德瓦尔斯系数与温度无关时,范德瓦尔斯系数关于温度的一阶导数为零,(11)式又回到了(8)式,而真实的情况是,范德瓦尔斯系数与温度有关,范德瓦尔斯系数关于温度的一阶导数不为零,对(8)式进行修正是必然的,但带来的修正效果并不总是增加或总是减少,这要比较两个系数随温度改变的相对快慢.例如,在能估计范德瓦尔斯系数随温度变化快慢的较高温度范围400K -2500K 内,(v -b)2/v 4与(v -b )2几乎相等,

549

33卷第6期 刘国跃: 范德瓦尔斯系数随温度的改变及其对热容量的影响

550安徽师范大学学报(自然科学版)2010年

=5.9240!10-5,!=1.6709!10-6,则2/R2 !2,这时,第一项修正是主要的;在温度较低时,由于不能估计范德瓦尔斯系数随温度变化的一阶导数,不能给出准确的结论,但从图1和图2可以看出,在此温区内, !的绝对值比的绝对值大得多,存在第二项修正超过第一项修正的可能性.将(13)和(10)两种结果在同一温区(400K,2500K)内作图比较,如图6所示,可以看见这种修正非常重要,在实际应用中也有非常重要的价值.

4 小结

综上所述,范德瓦耳斯系数随温度发生改变客观存在,将范德瓦尔斯系数作常数处理会带来偏差,在理论研究和实际应用中,范德瓦耳斯系数随温度发生改变对热力学性质的影响应当考虑.两个范德瓦耳斯系数随温度发生改变对热容量等重要性质的影响不同,在不同的温度条件下影响也不同.因此,对范德瓦尔斯气体状态性质的合理修正、对范德瓦尔斯气体热容量的矫正不是一件容易的事.

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The Change of Van De Waals Coefficients with Temperature and

Its Influence on Heat Properties

LIU Guo yao

(College of Physics and Electronic Engineering,M ianyang T eachers#College,M ianyang621000,China)

Abstract:Based on the thermodynamics method,approximate rule in the changes of Van De Waals coefficients in the temperature region400K-2500K and the effect on heat properties w ith temperature are studied.T he problems related in nitrogen are discussed,too,and compared w ith ideal gas.T he results show that there is still the influence from the intermolecular interaction in the given temperature reg ion,the change of Van De Waals coefficients are better liner relations w ith temperature.The influences from coefficient a and b are different.As the temperature is hig her,the influences are all low er.

Key words:Van De Waals coefficients;heat properties

测量磁导率

一、测量磁导率 一.实验目的:测量介质中的磁导率大小 二.实验器材:DH4512型霍尔效应实验仪和测试仪一套,线圈一副(N匝)万用表一个三.实验步骤 1. 测量并计算磁场强度H ○1测量线圈周长L。 ○2线圈通电,测的线圈中的电流为I0,则总的电流为I M=N ?I0 ○3由磁介质安培环路定理的积分形式可知:∮c H ?dl=I故H ?L= N ?I0,H=(N ?I0)/L. 2.测量并计算磁感应强度B——利用霍尔效应实验 ○1实验原理: 霍尔效应从本质上讲,是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。当带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中,这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积,从而形成附加的横向电场。如下图1所示,磁场B位于Z的正向,与之垂直的半导体薄片上沿X 正向通以电流Is(称为工作电流),假设载流子为电子(N型半导体材料),它沿着与电流Is相反的X负向运动。由于洛仑兹力f L作用,电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的B侧偏转,并使B侧形成电子积累,而相对的A侧形成正电荷积累。 与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力f E的作用。随着电荷积累的增加,f E增大,当两力大小相等(方向相反)时,f L=-f E,则电子积累便达到动态平衡。这时在A、B两端面之间建立的电场称为霍尔电场E H,相应的电势差称为霍尔电势V H。 设电子按平均速度,向图示的X负方向运动,在磁场B作用下,所受洛仑兹力为: f L=-e B 式中:e 为电子电量,为电子漂移平均速度,B为磁感应强度。 同时,电场作用于电子的力为:f l E

导温系数

实验5 非稳态法测定颗粒物料的导温系数 一.实验目的 1.了解非稳定导热的原理。 2.掌握用非稳定法测定导温系数的测定方法。 3.了解装置的结构特点、操作条件和控制参数并学会软件的使用方法 二.实验原理 材料的导热系数、导温系数等热物性参数不仅是衡量材料能否适应具体热过程工作需要的数量依据,而且是对特定热过程进行基础研究、分析计算和工程设计的关键参数。在传热学的研究中,热物性测试方法和技术的研究具有特别重要的意义。国内现有的热物性数据测试方法大多为稳态法,由于装置结构复杂、测试时间较长,很难满足材料工业快速筛选的需要。本实验采用非稳态导热原理,建立了导温系数的测试装置,通过快速采集温度与时间的关系,利用工控软件组态王6.5等工具,开发了数据采集与处理系统和流程实时仿真系统。 将初始温度均匀的试样管,迅速置于一温度较高的恒温(T b )环境中,使其处于一维(径向)非稳态导热状态。根据试样中心温度(T )随时间(t )的变化规律,确定试样物料的导温系数α(m 2 /s )。 实验所用的试样管由薄壁铜管构成(管径为Φ25×1.5mm ,管长为450mm )。在试样管中心植入热电阻,结构示意于图2-5-1。管内装填被测物料,由于管径与管长之比约为1:20,故试样管内的传热过程可按无限长圆柱的非稳态一维导热过程处理,非稳态一维导热方程表达式为: )1(22r T r r T t T ??+??=??α (2-5-1) 初始条件: 时间0T T 0,t ==(初始温度) 边界条件; 0, 0=??=t T r ;b T T ==,r r 0(水浴温度) 用分离变量法求解式(2-5-1),代入定解条件

磁导率

磁导率表示物质磁化性能的一个物理量,是物质中磁感应强度B与磁场强度H之比,又成为绝对磁导率。物质的绝对磁导率和真空磁导率(设为μ0=4*3.14*0.0000001H/m)比值称为相对磁导率,也就是我们一般意义上的磁导率。对于顺磁质μr>1,对于抗磁质μr<1,但它们都与1相差很小(例如铜的μr与1之差的绝对值是0.94×10-5)。然而铁磁质的μr可以大至几万。 非铁磁性物质的μ近似等于μ0。而铁磁性物质的磁导率很高,μ>>μ0。铁磁性材料的相对磁导率μr=μ/μ0如铸铁为200~400;硅钢片为7000~10000;镍锌铁氧体为10~1000;镍铁合金为2000;锰锌铁氧体为300~5000;坡莫合金为20000~200000。空气的相对磁导率为1.00000004;铂为1.00026;汞、银、铜、碳(金刚石)、铅等均为抗磁性物质,其相对磁导率都小于1,分别为0.999971、0.999974、0.99990、0.999979、0.999982。 所以,铜虽然具有抗磁性,但相对磁导率也有0.99990;纯铁为顺磁性物质,其相对磁导率会达到400以上。所以用铜裹住铁并不能阻断磁力,而且是远远不能。在某些特殊情况下,铜的抗磁性就会表现出来,如规格很小的烧结钕铁硼磁体D3*0.8电镀镍铜镍后,磁通量会降低7-8%(当然,这个损失还包括倒角和镍层屏蔽导致的磁损)。 直截了当地讲,磁场无处不在,是不能阻断的。只不过各种物质导磁性有所差异,如空气、材料、铜、铝、橡胶、塑料等相对磁导率近似为1,它们对磁不感兴趣;而铁磁性材料如铸铁、铸钢、硅钢片、铁氧体、坡莫合金等材料具有良好的导磁性

气温的时空变化规律资料

气温的时空变化规律 1.气温的日变化规律 一天中气温变化规律,主要由大气得到热量(地面辐射)和失去热量(大气辐射)的差值决定。 地面的热量主要来自太阳辐射;大气(对流层)的热量直接来着地面。 (1)太阳辐射:最强时为当地地方时12时。 (2)地面辐射:当地地方时为12点时,地面获得的太阳辐射热量大于地面损失的辐射热量,地面热量盈余,地面温度仍在升高。当地地方时大约午后1点左右,地面热量由盈余转为亏损,地面温度为一天中最高值。 (3)大气温度:当地地方时大约午后2点左右,地面已经通过辐射、对流、湍流等方式把热量传给大气,此时气温达到最高值。随后,太阳辐射继续减弱,地面热量持续亏损,地面温度不断降低,气温随之也不断下降。至日出后,地面热量由亏损转为盈余的时刻,地面温度达到最低值,气温也随后达到最低值。因此气温最低值总是出现在日出前后。 2.气温的年变化规律 由于地面吸收、储存、传递热量的原因,气温在一年中的最高、最低值,也并不出现在辐射最强、最弱的月份,而是有所滞后。 3.全球气温水平分布规律 (1)气温从低纬向各纬递减。太阳辐射是地面热量的根本来源,并由低纬向高纬递减。受太阳辐射、大气运动、地面状况等因素影响,等温线并不完全与纬线平行。 (2)南半球的等温线比北半球平直。南半球物理性质比较均一的海洋比北半球广阔,气温变化和缓。 (3)北半球1月份大陆等温线向南(低纬)凸出,海洋上则向(高纬)凸出;7月份正好相反。在同一纬度上,冬季大陆比海洋冷,夏季大陆比海洋热。同一纬度的陆地与海洋,热的地方等温线向高纬凸出,冷的地方等温线向低纬凸出,即“热高冷低”。 (4)7月份,世界值热的地方是北纬20-30大陆上的沙漠地区,撒哈拉沙漠是全球炎热中心,1月份,西伯利亚是全球的寒冷中心,世界极端最低气温出现在南极洲大陆上。 二、等温差线 1、气温的日变化 (1)气温的日变化 一天中气温随时间的连续变化,称气温的日变化。在一天中空气温度有一个最高值和一个最低值,两者之差为气温日较差。通常最高温度出现在14~15时,最低温度出现在日出前后。 由于季节和天气的影响,出现时间可能提前也可能落后。比如,夏季最高温度大多出现在14~15时;冬季则在13~14时。由于纬度不同日出时间也不同,最低温度出现时间随纬度的不同也会产生差异。气温日较差小于地表面土温日较差,并且气温日较差离地面越远则越小,最高、最低气温出现时间也越滞后。 (2) 气温的日变化与农业生产 在农业生产上有时需要较大的气温日较差,这样有利于作物获得高产。因为,日较差大就意味着,白天温度较高,而夜间温度较低,这样白天叶片光合作用强,制造碳水化合物较多,而夜间呼吸消耗少,积累较多,作物产量高,品质好。 (3)影响气温日较差的因素有: 气温的日变化规律,主要是由太阳辐射在地表面上有规律的日变化引起的,同时也受纬度、季节、地形、下垫面性质、天气状况和海拔高度等因素的影响。

大气压与温度的关系

大气压与温度的关系 大气压:和高度、湿度、温度的变化成反比--注意,这里说的是大气压,而非气压! 详细说明如下: 高度越高--空气越稀薄; 湿度越大--空气中的水分越多,尔水的分子量比空气的混合分子量小,水气的增加,等于稀释了空气; 温度越高--虽然增加了空气分子的对撞机会,但是空气迅速膨胀,对流,尔引起空气变得稀薄,其增加的对撞能量远小于空气变稀薄减小的对撞能量,自然空气压力减小。 有关常识如下: 定义: 1.亦称“大气压强”。重要的气象要素之一。由于地球周围大气的重力而产生的压强。其大小与高度、温度等条件有关。一般随高度的增大而减小。例如,高山上的大气压就比地面上的大气压小得多。 在水平方向上,大气压的差异引起空气的流动。 2.压强的一种单位。“标准大气压”的简称。科学上规定,把相当于760mm 高的水银柱(汞柱)产生的压强或1.01×十的五次方帕斯卡叫做1标准大气压,简称大气压。 地球的周围被厚厚的空气包围着,这些空气被称为大气层。空气可以像水那样自由的流动,同时它也受重力作用。因此空气的内部向各个方向都有压强,这个压强被称为大气压。在1643年意大利科学家托里拆利在一根80厘米长的细玻璃管中注满水银倒臵在盛有水银的水槽中,发现玻璃管中的水银大约下降了4厘米后就不再下降了。

这4厘米的空间无空气进入,是真空。托里拆利据此推断大气的压强就等于水银柱的长度。后来科学家们根据压强公式准确地算出了大气压在标准状态下为1.013×105Pa。由于当时的信息交流不畅意大利和法国对大气压实验研究结果并没有被全欧洲所熟知,所以在德国对大气压的早期研究是独立进行的。1654年奥托格里克在德国马德堡作了著名的马德堡半球实验,有力的验证了大气压强的存在,这让人们对大气压有了深刻的认识。在那个时期,奥托格里克还做了很多验证大气压存在且很大的实验,也正是在这一时候他第一次听到托里拆利早在11年前已测出了大气压。 标准大气压 1标准大气压=760毫米汞柱=76厘米汞柱=1.013×10的5次方帕斯卡=10.336米水柱。 标准大气压值及其变迁 标准大气压值的规定,是随着科学技术的发展,经过几次变化的。 最初规定在摄氏温度0℃、纬度45°、晴天时海平面上的大气压强为标准大气压,其值大约相当于76厘米汞柱高。后来发现,在这个条件下的大气压强值并不稳定,它受风力、温度等条件的影响而变化。 于是就规定76厘米汞柱高为标准大气压值。但是后来又发现76厘米汞柱高的压强值也是不稳定的,汞的密度大小受温度的影响而发生变化;g值也随纬度而变化。测量大气压的仪器叫气压计。 为了确保标准大气压是一个定值,1954年第十届国际计量大会决议声明,规定标准大气压值为 1标准大气压=101325牛顿/米2,即为101325帕斯卡(Pa)大气压的变化温度、湿度与大气压强的关系 湿度越大大气压强越大 初中物理告诉我们:“大气压的变化跟天气有密切的关系.一般地说,晴天的大气压比阴天高,冬天的大气压比夏天高.”对这段叙述,就是老师也往往不

气温空间分布和时间变化

气温空间分布和时间变化 主要知识点: 1气温垂直分布 2气温水平分布 3气温日变化和年变化 一、气温垂直分布 ⑴读下表记忆低层大气的主要成分及作用 ⑵读下图比较对流层和平流层的主要特点 答案:对流层气温随高度增加而递减;空气以对流运动为主;天气现象复杂多变 平流层气温随高度增加而增减;空气以平流运动为主;天气晴朗稳定 重要结论: 1对流层气温垂直递减率:6℃/1000米 2上冷下热利于空气对流 低层大气组成 体积(%) 作用 干 洁 空 气 N 2 78 地球生物体蛋白质的重要组成部分 O 2 21 人类和一切生物维持生命活动所必需的物质 CO 2 0.033 绿色植物进行光合作用的基本原料,并对地面起保温作用 03 很少 能吸收太阳紫外线,对地球上的生物起着保护作用 水汽 很少 产生云、雨、雾、雪等天气现象;影响地面和大气的温度 固体杂质 很少 作为凝结核,是成云致雨的必要条件

图2为北半球中纬度某地某日5次观测到的近地面气温垂直分布示意图。当日天气晴朗,日出时间为5时。读图回答3~4题。(10高考文综卷) 3.由图息可分析出 A.5时、20时大气较稳定 B.12时、15时出现逆温现象 C.大气热量直接来自太阳辐射 D.气温日较差自下而上增大 4.当地该日 A.日落时间为17时 B.与相比白昼较长 C.正午地物影子年最长 D.正午太阳位于正北方向 答案:3.A 4.B 二、气温水平分布

世界气温水平分布规律 ①在南北半球上,无论 7 月或 1 月,气温都是从低纬向两极递减。 ②南半球的等温线比北半球平直 ③北半球,1月份大陆上的等温线向南(低纬)凸出,海祥上则向北(高纬)凸出;7 月份正好相反。 ④7 月份,世界上最热的地方是北纬20°-30°大陆上的沙漠地区。1 月份,西伯利亚形成北半球的寒冷中心。世界极端最低气温出现在冰雪覆盖的南极洲大陆上。 中国一、七月气温分布特点? 一月:由南向北降低,南北温差大 七月:除青藏高原和高山外,普遍高温,南北温差小

扩散系数计算

7.2.2扩散系数 费克定律中的扩散系数D代表单位浓度梯度下的扩散通量,它表达某个组分在介质中扩散的快慢,是物质的一种传递性质。 一、气体中的扩散系数 气体中的扩散系数与系统、温度和压力有关,其量级为5 2 10/m s -。通常对于二元气体A、B 的相互扩散,A在B 中的扩散系数和B 在A 中的扩散系数相等,因此可略去下标而用同一符号D表示,即AB BA D D D ==。 表7-1给出了某些二元气体在常压下(5 1.01310Pa ?)的扩散系数。 对于二元气体扩散系数的估算,通常用较简单的由富勒(Fuller )等提出的公式: 1/31/32 [()()]A B D P v v = +∑∑ (7-19) 式中,D -A、B 二元气体的扩散系数,2 /m s ; P -气体的总压,Pa ; T -气体的温度,K; A M 、 B M -组分A、B 的摩尔质量,/kg kmol ; A v ∑、B v ∑-组分A、B 分子扩散体积,3 /cm mol 。 一般有机化合物可按分子式由表7-2查相应的原子扩散体积加和得到,某些简单物质则在表7-2种直接列出。 5

式7-19的相对误差一般小于10%。 二、液体中的扩散系数 由于液体中的分子要比气体中的分子密集得多,因此也体的扩散系数要比气体的小得多,其量级为9 2 10/m s -。表7-3给出了某些溶质在液体溶剂中的扩散系数。 对于很稀的非电解质溶液(溶质A+溶剂B),其扩散系数常用Wilke-Chang 公式估算: 15 0.6()7.410 T B AB A M T D V -φ=?μ 2/m s (7-21) 式中,AB D -溶质A在溶剂B中的扩散系数(也称无限稀释扩散系数),2 /m s ; T -溶液的温度,K; μ-溶剂B的粘度,.Pa s ; B M -溶剂B的摩尔质量,/kg kmol ; φ-溶剂的缔合参数,具体值为:水2.6;甲醇1.9;乙醇1.5;苯、乙醚等不缔合的溶剂 为1.0; A V -溶质A 在正常沸点下的分子体积,3/cm mol ,由正常沸点下的液体密度来计 算。若缺乏此密度数据,则可采用Tyn-Calus 方法估算: 1.048 0.285c V V =,其中c V 为物质的

磁性材料术语解释及计算公式

磁性材料术语解释及计算公式 起始磁导率μi 初始磁导率是磁性材料的磁导率(B/H )在磁化曲线始端的极限值,即 μi = 01μ× H B ?? ()0→?H 式中 μ0为真空磁导率(m H /7104-?π) ?H 为磁场强度的变化率(A/m ) ?B 为磁感应强度的变化率(T ) 有效磁导率μe 在闭合磁路中,如果漏磁可忽略,可以用有效磁导率来表示磁芯的性能。 e μ = Ae Le N L 20?μ 式中 L 为装有磁芯的线圈的电感量(H ) N 为线圈匝数 Le 为有效磁路长度(m ) Ae 为有效截面积 (m 2) 饱和磁通密度Bs (T ) 磁化到饱和状态的磁通密度。见图1。

Hc H 图 1 剩余磁通密度Br(T) 从饱和状态去除磁场后,剩余的磁通密度。见图1。 矫顽力Hc(A/m) 从饱和状态去除磁场后,磁芯继续被反向磁场磁化,直至磁感应强度减为零,此时的磁场强度称为矫顽力。见图1。 损耗因子tanδ 损耗系数是磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗三者之和。 tanδ= tanδh + tanδe + tanδr 式中 tanδh为磁滞损耗系数 tanδe为涡流损耗系数 tanδr为剩余损耗系数 相对损耗因子 tanδ/μi 比损耗因子是损耗系数与与磁导率之比: tanδ/μi(适用于材料) tanδ/μe(适用于磁路中含有气隙的磁芯) 品质因数 Q

品质因数为损耗因子的倒数: Q = 1/ tan δ 温度系数αμ( 1/K) 温度系数为T1和T2范围内变化时,每变化1K 相应的磁导率的相对变化量: αμ= 1 12μμ-μ.12T T 1- 式中 μ1为温度为T1时的磁导率 μ2为温度为T2时的磁导率 相对温度系数αμr(1/K) 温度系数和磁导率之比,即 αμr = 211 2μμ-μ.1 2T T 1- 减落系数 DF 在恒温条件下,完全退磁的磁芯的磁导率随时间的衰减变化,即 DF = 212 121μ1T T log μμ?- (T2>T1) μ1为退磁后T1分钟的磁导率 μ2为退磁后T2分钟的磁导率 居里温度Tc (℃) 在该温度时材料由铁磁性(或亚铁磁)转变为顺磁性,见图2。

热物性系数的研究

热物性系数的研究 热物性是指钢的比热容、导热系数和导温系数。导热系数、热扩散率、比热、热膨胀系数、热辐射率等与热关系十分密切的物理性能。热物理性能作为材料的基本性能。它与材料结构、成分和使用温度具有密切而敏感的关系、由此可解决研究中遇到的许多难题。通过测量热物性可预测其它性能,这是基于热物性与其它某性能基于同一微观机制。对于钢铁材料,热物性主要的影响因素是温度、成分和显微组织。热物性主要包括以下参数参数: 比热容:是单位质量物质的热容量,即是单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的热量。比热容是表示物质比热容表示物体吸热(或散热)能力的物理量。通常用符号C 表示。 导热系数:表征物体导热能力的,影响导热系数的因素很大,包括物质的种类、含水率、温度、压力等。数值上导热系数等于单位温度下热流的密度矢量的模。q gradt λ=- 导温系数:导温系数反应物体导热能力和单位体积热容量的大小,a c λρ= 热扩散率也是热物性参数,其只与物质的种类有关。 热常数、导热系数、热扩散率与比热、之间具有确定关系,即导热系数与比热、表观密度和热扩散率三者的乘积存在一定关系。热常数的测量方法分为两大类,一为稳态法,另一为非稳态法,稳态法主要特点为:在测试过程中,被测样品的温度场不随时间变化,直接测得导热系数;非稳态法为测量过程中样品温度场随时间变化,直接测得热扩散率。 1 热物性的影响因素 (1)温度 高碳钢的比热容在温度<750℃时,随着温度升高比热容逐渐增大;在750℃左右会出现一个居里点,到达最大值,然后随温度的上升而开始下降,当温度>750℃,比容的下将有所缓慢。 除淬火组织外,常温到1000℃之间,高碳钢的导热和导温系数明显下降,降幅达50%左右。在750℃之前,导热系数下降很快,此后下降速度有所减缓,对于淬火组织在100℃出现一个极小值,在250℃出现一个极大值。 除淬火组织,高碳钢的导温系数在750℃出现一个极小值,常温到750℃之间,导温

磁芯 磁环的磁导率及计算公式 s

磁芯磁环的磁导率及计算公式洋通电 子 nbs 磁芯磁环的磁导率及计算公式? 2011年02月20日 测量单位 由于历史的原因,在此手册中采用了CGS制单位,国际制(SI)和CGS制之间的转换可简化于下表2: 表2单位转换表 在CGS制自由空间磁导率的幅值为1且无量纲。在SI制自由空间磁导率的幅值为4π×10-7亨/米 3.3、电感 对于每一个磁芯电感(L)可用所列的电感系数(AL)计算: (14) AL:对1000匝的电感系数 mH N:匝数 所以:这里 这里L是nH 电感也可由相对磁导率确定,磁芯的有效参数见图 10: (15) Ae:有效磁芯面积 cm2 :有效磁路长度 cm μ:相对磁导率(无量纲) 对于环形功率磁芯,有效面积和磁芯截面积相同。

根据定义和安培定理,有效磁路长度是线圈的安匝数(NI)和从外径到外径穿过磁芯面积的平均磁场强度之比。有效磁路长度可用安培定理和平均磁场强度给出的公式计算: (16) O.D. :磁芯外径 I.D. :磁芯内径 电感系数是用单层密绕线圈测量的。磁通密度和测试频率保持与实际一样低,通常低于40高斯和10KHz或更低。对于各种磁导率和材料,能用'正常磁导率对磁通密度关系'和'典型磁导率对频率关系'的图形来解释低电平测试的条件。 3.4、磁导率 对于每一个磁芯尺寸的电感系数是建立在相对磁导率的增量上的。在没有直流偏置和低磁通密度时,正常磁导率和增量磁导率是一样的。增量磁导率随直流偏置一起减小的情况以及"增量磁导率对直流偏置"的曲线如图11所示。由"增量磁导率对直流偏置" 曲线看到正常磁导率如同峰值磁导率B。许多设计过程包括选择峰值工作磁通密度去帮助决定磁芯的尺寸。磁材的饱和磁通密度限制了峰值工作磁通密度或被磁材的损耗所限制。在选择磁材、工作磁通密度和决定磁芯的尺寸之后,法拉第定理(下面讨论)用于计算匝数N。最后选择磁导率以满足电感的需要。 L=电感 nH =有效磁路长度 cm Ae=有效磁芯面积 cm2 图11正常和增量磁导率 宽范值的磁导率经常能满足不同的电感需要。 安培定理(也在下面讨论)所给的峰值磁化强度H,是建立在匝数、峰值磁化电流(电感总电流和变压器原方的空载电流)和磁芯磁路长度的基础上的。如图11见到那样,在设计过程开始选择磁导率时,要设置与峰值磁通密度值相应的直流磁磁化强度H。对于铁镍钼(MPP),对于所给的磁磁化强度H,下面图12的选择曲线将给出产生最大电感的磁导率。 图12磁导率选择曲线

磁导率介绍

中文名称:磁导率 英文名称:magnetic permeability 定义:磁介质中磁感应强度与磁场强度之比。分为绝对磁导率和相对 磁导率,是表征磁介质导磁性能的物理量。 磁导率μ等于中B与磁场强度H之比,即μ=B/H 通常使用的是磁介质的相对磁导率μr,其定义为磁导率μ与μ0之比,即μr=μ/μ0 相对磁导率μr与χ的关系是:μr=1+χ 磁导率μ,相对磁导率μr和磁化率xm都是描述磁介质磁性的物理量。 对于μr>1;对于μr<1,但两者的μr都与1相差无几。在大多数情况下,导体的相对磁导率等于1.在中,B与 H 的关系是非线性的磁滞回线,μr不是常量,与H有关,其数值远大于1。 例如,如果空气(非)的磁导率是1,则的磁导率为10,000,即当比较时,以通过磁性材料的是10,000倍。 涉及磁导率的公式:

磁场的能量密度=B^2/2μ 在(SI)中,相对磁导率μr是无量纲的,磁导率μ的单位是/米(H/m)。 常用的真空磁导率 常用参数 (1)初始磁导率μi:是指基本磁化曲线当H→0时的磁导率 (2)最大磁导率μm:在初始段以后,随着H的增大,斜率μ=B/H逐渐增大,到某一强度下(Hm),磁密度达到最大值(Bm),即 (3)饱和磁导率μS:基本磁化曲线饱和段的磁导率,μs值一般很小,深度饱和时,μs=μo。

(4)()磁导率μΔ∶μΔ=△B/△H。ΔB及△H是在(B1,H1)点所取的增量如图1和图2所示。 (5)微分磁导率,μd∶μd=dB /dH,在(B1,H1)点取微分,可得μd。 可知:μ1=B1/H1,μ△=△B /△H,μd=dB1/dH1,三者虽是在同一点上的磁导率,但在数值上是不相等的。 非磁性材料(如铝、木材、玻璃、自由空间)B与H之比为一个常数,用μ。来表示非磁性材料的的磁导率,即μ。=1(在CGS单位制中)或μ。=4πX10o-7(在RMKS中)。 在众多的材料中,如果自由空间(真空)的μo=1,那△么比1略大的材料称为顺磁性材料(如白金、空气等);比1略小的材料,称为反磁性材料(如银、铜、水等)。本章介绍的磁性元件μ1是大有用处的。只有在需要时,才会用铜等反磁性材料做成使磁元件的磁不会辐射到空间中去。 下面给出几个常用的参数式: (1)有效磁导率μro。在用L形成闭合中(漏磁可以忽略),的有效磁导率为:

气温空间分布和时间变化

气温空间分布与时间变化 主要知识点: 1气温垂直分布 2气温水平分布 3气温日变化与年变化 一、气温垂直分布 ⑴读下表记忆低层大气得主要成分及作用 ⑵读下图比较对流层与平流层得主要特点 答案:对流层气温随高度增加而递减;空气以对流运动为主;天 气现象复杂多变 平流层气温随高度增加而增减;空气以平流运动为主;天气晴朗稳定 重要结论: 1对流层气温垂直递减率:6℃/1000米 低层大气组成 体积(%) 作用 干 洁 空 气 N 2 78 地球生物体内蛋白质得重要组成部分 O 2 21 人类与一切生物维持生命活动所必需得物质 CO 2 0、033 绿色植物进行光合作用得基本原料,并对地面起保温作用 03 很少 能吸收太阳紫外线,对地球上得生物起着保护作用 水汽 很少 产生云、雨、雾、雪等天气现象;影响地面与大气得温度 固体杂质 很少 作为凝结核,就是成云致雨得必要条件

2上冷下热利于空气对流 图2为北半球中纬度某地某日5次观测到得近地面气温垂直分布示意图。当日天气晴朗,日出时间为5时。读图回答3~4题。(10高考山东文综卷) 3、由图中信息可分析出 A、5时、20时大气较稳定 B、12时、15时出现逆温现象 C、大气热量直接来自太阳辐射 D、气温日较差自下而上增大 4、当地该日 A、日落时间为17时 B、与海口相比白昼较长 C、正午地物影子年内最长 D、正午太阳位于正北方向 答案:3.A 4.B 二、气温水平分布

世界气温水平分布规律 ①在南北半球上,无论 7 月或 1 月,气温都就是从低纬向两极递减。 ②南半球得等温线比北半球平直 ③北半球,1月份大陆上得等温线向南(低纬)凸出,海祥上则向北(高纬)凸出;7 月份正好相反。 ④7 月份,世界上最热得地方就是北纬20°-30°大陆上得沙漠地区。1 月份,西伯利亚形成北半球得寒冷中心。世界极端最低气温出现在冰雪覆盖得南极洲大陆上。 中国一、七月气温分布特点? 一月:由南向北降低,南北温差大 七月:除青藏高原与高山外,普遍高温,南北温差小

第8讲大气的垂直分层和受热过程及气温的变化

第8讲 大气的垂直分层和受热过程及气温的变化 【考纲导学】 考试说明 命题规律 趋势预测 1、 大气受热过程 2、 气温的分布规律 ◆题型示例:(受热)以选择题为主,如2013北京文综第5题。后 者以两种都有,如2011江苏地理27(1)。 ◆能力要求:考查一获取和解读信息能力、调动和运用知识能力为主。 ◆热点预测:2015高考可能仍将以热力环流和等温线的判读为主,以选择题形式,约8分。 ◆趋势分析:以气候要素分布图为背景,考察获取信息、调动和运用知识解决实际生活问题的可能性较大。 【知识梳理】 一、 大气的组成 大气组成 作 用 干 洁 空 气 氮(78%) 对地面: 对人类和生物: 氧(21% 二氧化碳 (0.03%) 臭氧 水 汽 固体杂质 2、大气含量的变化及影响 (1)水汽 聚落 季节 纬度 海陆 (2)固体杂质 聚落 季节 海陆 (3)CO 2 聚落 季节 昼夜 天气 影响因素: 【例题1】读某测站测定的大气中CO 2浓度变化图, (1)从图中可以看出大气中CO 2的浓度是逐年 的,这是因为:

①: ②: (2)C02的浓度在一年内的周期变化 季高,季低,这是因为 (3)C02具有温室效应,是因为: (4)全球变暖会对人类生存环境、社会经济发生的重 大影响 ①: ②: 3、臭氧问题 (1)集中的区域 (2)对人类的影响 (3)变化、原因及影响 变化: 变化原因: 影响: (4)时空差异 大气层次: 纬度: 季节: 【例题2】读右图回答: (1).就纬度而言,图中臭氧总量的极小值出现 在: (2).就季节而言,图中南北半球臭氧含量的极大值均出现在 二.大气的垂直分层 1、大气分层及特点(右图)

扩散系数计算

. 7.2.2扩散系数 费克定律中的扩散系数D代表单位浓度梯度下的扩散通量,它表达某个组分在介质中扩散的快慢,是物质的一种传递性质。 一、气体中的扩散系数 ?52s10m/。通常对于二元气体气体中的扩散系数与系统、温度和压力有关,其量级为中的扩散系数相等,因此可略去下标而B在AA、B的相互扩散,A在B中的扩散系数和D?D?D。用同一符号D表示,即BAAB5Pa?101.013)的扩散系数。表7-1给出了某些二元气体在常压下(Fuller)等提出的公式:对于二元气体扩散系数的估算,通常用较简单的由富勒 ??1/321/3]vv))?(P[(BA(7-19)(111.75?0.0101TMM BA?D 2m/sD;二元气体的扩散系数,式中,-A、B PaP;-气体的总压,T-气体的温度,K;MMkg/kmol;的摩尔质量,、-组分A、B BA??vv BA3molcm/、-组分A、B分子扩散体积,。某些简单物质一般有机化合物可按分子式由表7-2查相应的原子扩散体积加和得到,则在表5 表7-2原子扩散体积和分子扩散体积 1 / 4 .

注:已列出分子扩散体积的,以后者为准。 式7-19的相对误差一般小于10%。二、液体中的扩散系数由于液体中的分子要比气体中的分子密集得多,因此也体的扩散系数要比气体的小得2?9s10m/。表7-3给出了某些溶质在液体溶剂中的扩散系数。多,其量级为表7-3溶质在液体溶剂中的扩散系数(溶质浓度很低) Wilke-Chang公式估算:(溶质A+溶剂B),其扩散系数常用对于很稀的非电解质溶液 T T?M)(15?B10?7.4D?AB0.6V?2sm/(7-21)A D2sm/-溶质A在溶剂B中的扩散系数(也称无限稀释扩散系数);,式中,AB T-溶液的温度,K; ?sPa.-溶剂B的粘度,;Mkmol/kg;-溶剂B的摩尔质量,B?;苯、乙醚等不缔合的溶剂;乙醇1.91.5-溶剂的缔合参数,具体值为:水2.6;甲醇 1.0;为V3molcm/,由正常沸点下的液体密度来计-溶质A在正常沸点下的分子体积,A1.048VV0.285V?为物质的方法估算:则可采用算。若缺乏此密度数据,Tyn-Calus,其中cc2 / 4 . 3C

电感设计(包含磁导率的计算)

电感设计杨帆…电源技术应用网 0 引言 磁性元件与其它电气元件不同,使用者很难采购到符合自己要求的电感。相反,具体设计一个磁性元件可以综合考虑成本、体积、重量和制造的困难程度,可以获得一个较满意的结果。设计一个电感首先要选择磁芯材料和形状,然后确定磁芯体积大小,然后再计算线圈的匝数和线圈截面积,接着再估算气隙长度,最后根据实际情况调整设计。 1 磁性材料的选择 在选用磁性材料时,考虑的因素是工作开关频率、磁通密度、磁导率、损耗大小、工作环境及材料的价格。如果开关频率较低,可以考虑选择硅钢带和铁镍合金。硅钢带具有高的饱和磁通密度,而且价格低廉,是低频场合运用最为广泛的磁性材料,它的磁芯损耗取决于带的厚度和硅的含量,硅含量越高,电阻率越大,则损耗越小;铁镍合金具有极高的磁导率,极低的矫顽磁力,但是其电阻率比较低,只能用在低频场合,同时价格也比较高,通常用在工作环境温度高,体积要求严格的军工产品中。如果开关频率较高,可以考虑使用铁氧体和非晶态合金。铁氧体最高频率可以达到1 MHz,而且电阻率高,高频损耗小,但是其饱和磁感应比较低,而且受温度影响大,在常温(25℃)的0.42T到100℃时的0.34T。铁氧体目前有多种材料和磁芯规格,而且价格比其它材料低,是目前开关电源中应用最为广泛的材料。非晶态合金适用于几十到几百kHz的工作频率,比铁氧体有更高的饱和磁感应和相对较高的损耗和温度稳定性,但是价格比较昂贵,而且磁芯的规格也不完善,适用于大功率或者耐受高温和冲击的军用场合。 2 磁芯形状 目前磁芯有罐型、PM、RM、PQ、EE、EC、EP、ETD、RC、UU、和UI各种型号,以及新发展的平面磁芯,如EFD、EPC、LP型等磁芯。

热扩散系数和导热系数

单平面热源法测定材料的热扩散系数和导热系数 一、一、实验目的 1.进一步了解非稳态测量方法的特点,理解单平面热源法测定材料的热扩散系数与导热系数的基本原理; 2.了解试件构成原理,加深对实现“无穷大条件”方法的理解; 3.学会使用DRM —1型导热系数测定仪,测定给定材料的导热系数和热扩散系数。 二、二、实验原理 本实验是依据半无限大物体在恒热流作用下的非稳态导热过程设计的。考虑图4—1所示的初始温度为0T 的半无限大均质常物性物体,当其左表面在τ》0时突然受到恒定热流加热,则其导热过程可用下述数学模型描述, 002 21==??-==??=??x H x T q T T T a x T λ ττ (1) 式中,T 是τ时刻物体内部任一点x 处的温度(℃),a 是材料的热扩散系数()/2 s m ,λ是材料的导热系数W/(m ?℃),而τ和x 是时间(s )和空间位置坐标(m )。 不难证明,上述问题的解为, θ(x,τ)= ) (2ητλierfc a q H (2) 其中,θ(x,τ)=T —0T (3) τηa x 2= (4) 而ierfc(η)是补误差函数的一次积分值,,它可从附表中查得。 这样,如果我们不同时刻x=0和x=δ处的过余温度θ(0,1τ)和θ(),2τδ,则由于 1 111282.1)0(2),0(τλ τλ τθa q ierfc a q H H == (5) )(2),(22δητλτδθierfc a q H = (6) 12τδ ηδa = (7) 将(5)(6)两式相除,整理后得到, ),0() ,(5642 .0)(1221τθτδθττηδ=ierfc (8) 式(8)中的右端项均为实验侧得的已知量,求解这个方程,就可以得到δη,而按(7)式, 2 1) (41δηδτ= a (9) 求得热扩散系数a 后即可由(5)式或(6)是求出导热系数λ,进而如果我们知道材料的密度ρ就可以算出比热c ,

磁芯各参数详解

一、磁芯初始磁导率 磁感应强度与磁场强度的比值称为磁导率。 初始磁导率高:相同圈数感值大,反之亦然; 初始磁导率高:相同电流下容易饱和,反之亦然; 初始磁导率高:低频特性好,高频差,反之亦然; 初始磁导率高:相同产品价格高,反之亦然; 1、磁导率的测试仪器功能 磁导率的测量是间接测量,测出磁心上绕组线圈的电感量,再用公式计算出磁心材料的磁导率。所以,磁导率的测试仪器就是电感测试仪。在此强调指出,有些简易的电感测试仪器,测试频率不能调,而且测试电压也不能调。例如某些电桥,测试频率为100Hz 或1kHz,测试电压为0.3V,给出的这个0.3V并不是电感线圈两端的电压,而是信号发生器产生的电压。至于被测线圈两端的电压是个未知数。如果用高档的仪器测量电感,例如Agilent 4284A精密LCR测试仪,不但测试频率可调,而且被测电感线圈两端的电压及磁化电流都是可调的。了解测试仪器的这些功能,对磁导率的正确测量是大有帮助的。 2、材料磁导率的测量方法和原理 说起磁导率μ的测量,似乎非常简单,在材料样环上随便绕几匝线圈,测其电感,

找个公式一算就完了。其实不然,对同一只样环,用不同仪器,绕不同匝数,加不同电压或者用不同频率都可能测出差别甚远的磁导率来。造成测试结果差别极大的原因,并非每个测试人员都有精力搞得清楚。本文主要讨论测试匝数及计算公式不同对磁导率测量的影响。 2.1 计算公式的影响 大家知道,测量磁导率μ的方法一般是在样环上绕N匝线圈测其电感L,因为可推得L的表达式为: L=μ0 μN 2A/l (1) 所以,由(1)式导出磁导率的计算公式为: μ=Ll/μ0N 2A(2)式中:l为磁心的磁路长度,A为磁心的横截面积。 对于具有矩形截面的环型磁芯,如果把它的平均磁路长度l=π(D+d)/2就当作磁心的磁路长度l,把截面积A=h(D-d)/2,μ0=4π×10-7都代入(2)式得 二、饱和磁通密度 1.什么是磁通:磁场中垂直通过某一截面的磁感应线总数,称为磁通量(简称磁通) 2.什么是磁通密度:单位面积垂直通过的磁感应线的总数(磁通量)称为磁通密度,磁通密度即磁感应强度。

热扩散系数和蓄热系数的区别

The difference between thermal diffusivity and thermal effusivity 航23 岑建航 学号:2012011575 热扩散系数(thermal diffusivity ):=p c λαρ ; 其中‘λ’为物体的导热系数,即在傅里叶定律中,单位时间内通过单位截面积传导的热量正比于当地垂直于截面方向上的温度变化率的绝对值。ρ 为物体的密度,p c 为物体的定压比热容。 由热扩散的定义可知,分子越大即物体的导热系数越大,在相同的温度梯度下可以传导更多的热量。分母是单位体积的物体温度升高一摄氏度所需的热量,分母越小,物体就可以剩下更多的热量继续向物体内部传递,从而使物体内温度扯平的能力越大。由此可看出热扩散系数是材料在自己本身内部传播温度变化能力大小的指标。热扩散系数越大,材料由非稳态到稳态的过度时间越短。 蓄热系数(thermal effusivity ):e =来自维基百科,但是本人没有推导出,而且本式单位明显不当,出现了时间项的-0.5次方);当某一足够厚度单一材料层一侧受到谐波热作用时,物体表面温度将按同一周期波动。通过表面的热流波幅与表面温度波幅的比值是材料在周期性热作用下得出的一个热物理量即蓄热系数。通俗的讲就是材料储存热量的能力。以下为引用的英文原文: Thermal effusivity is the square root of the product of thermal conductivity (λ) and heat capacity (ρ c), effusivity = (λ ρ c ).1/2. It is a heat transfer property that determines the interfacial temperature when two semi-infinite objects at different temperatures touch; for example, imagine the difference between touching a piece of metal as opposed to a piece of wood: the metal effusivity is higher, leading to the sensation that the metal feels colder, even though it was at the same initial temperature as the wood. The effusivity of materials varies due to their differing ability to transfer heat. This is due to differences in heat transfer

ASTM E 1461-01闪光法测定热扩散系数

闪光法测定热扩散系数的标准方法 1、范围 1.1本标准用于确定各项同性固体材料的热扩散系数,用本方法可以很容易测试从75K到2800K热扩散系数在10-7到10-3的材料。 1.2 本标准可以认为是C714测试标准详细版,但是适用的材料、应用范围、温度更广且精度更高。 1.3本标准适用于对光谱的能量脉冲是不透明的材料,但是如果采取一些预防措施是可以是用于全部或部分透明材料(见附表X1) 1.4 本方法是为了适用于各种装臵设计。这种类型的测试方法不可能对构造进行详细说明,也不能覆盖一个没有相关技术知识的人员在使用过程中遇到的所有问题的解决办法或者制止或限制提升基础技术的研究和改进办法。 1.5 本方法适用于测量本质上来说是完全致密的材料;然而,有些情况下测试多孔材料时也可以使用。由于孔洞的数量、形状、大小及孔的分布参数都会影响热扩散性能,所以在分析数据时要很谨慎。在分析由这种方法测试出得到的热扩散系数衍生的其他性质,如热导性时建议要特别小心。 1.6 因为没有用其他参考标准,本方法可以认为是一种绝对(或基本)方法。建议用参考材料来验证所使用装臵的性能。 1.7 严格来说,本方法只适用于各项同性固体材料,但是有些情况下显示的数据在某些应用中可能也是适用的。 1.7.1 测试复合材料-当一种材料是多相且各项异性时,用这种方法测试得到的热扩散系数数据有可能其实是错的。然而,这样的数据尽管缺少绝对的精度,但是在比较具有类似结构的材料方面可能还是有用的。对相关的衍生的性能如热导性

需要非常注意,因为复合材料的热流模式和单轴材料是不同的。 1.7.2 测试液体-本方法有个特别有用的用途即用于确定熔融金属的热扩散系数。这种技术需要适用特别构造的样品罩。 1.7.3 测试层状材料-这种方法也可以扩展其用途,用于测试某种由不同材料组成的层状结构,其中一层结构认为是未知的。在某些情况下,还可能能确定界面的接触电导率。 1.8 要求所有表示的值都以国际单位为单位。 1.9该标准不处理带来的安全问题,若有需要,请联系它的使用方。该标准的使用者有责任建立安全健康的操作,同时在使用前优先考虑该标准应用的局限性。 2、参考文献 2.1 ASTM标准 C714 热脉冲方法测定炭素制品和石墨的热扩散系数 E230标准热电偶的温度-电动势(EMF)表 3、术语 3.1 本标准中特定的术语定义 3.1.1 固体材料的热导率λ-稳定热流通过均质材料的无限平板的垂直于表面方向的单位厚度,引起单位温差的热流速率。由于其随温度的变化是变化的,该性质定义时需说明是某一特定的平均温度下的值。 3.12 固体材料热扩散系数α-其由热导率除以密度和单位质量热容的乘积得到。 3.2 本标准中的符号的描述及单位 3.2.1 D-直径,m 3.2.2 k-扩散方程中的常数

热物性系数的设计研究

热物性系数的研究 热物性是指钢的比热容、导热系数和导温系数。导热系数、热扩散率、比热、热膨胀系数、热辐射率等与热关系十分密切的物理性能。热物理性能作为材料的基本性能。它与材料结构、成分和使用温度具有密切而敏感的关系、由此可解决研究中遇到的许多难题。通过测量热物性可预测其它性能,这是基于热物性与其它某性能基于同一微观机制。对于钢铁材料,热物性主要的影响因素是温度、成分和显微组织。热物性主要包括以下参数参数: 比热容:是单位质量物质的热容量,即是单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的热量。比热容是表示物质比热容表示物体吸热(或散热)能力的物理量。通常用符号C 表示。 导热系数:表征物体导热能力的,影响导热系数的因素很大,包括物质的种类、含水率、温度、压力等。数值上导热系数等于单位温度下热流的密度矢量的模。q gradt λ= - 导温系数:导温系数反应物体导热能力和单位体积热容量的大小,a c λ ρ=热扩散率也是热物性参数,其只与物质的种类有关。 热常数、导热系数、热扩散率与比热、之间具有确定关系,即导热系数与比热、表观密度和热扩散率三者的乘积存在一定关系。热常数的测量方法分为两大类,一为稳态法,另一为非稳态法,稳态法主要特点为:在测试过程中,被测样品的温度场不随时间变化,直接测得导热系数;非稳态法为测量过程中样品温度场随时间变化,直接测得热扩散率。 1 热物性的影响因素

(1)温度 高碳钢的比热容在温度<750℃时,随着温度升高比热容逐渐增大;在750℃左右会出现一个居里点,到达最大值,然后随温度的上升而开始下降,当温度>750℃,比容的下将有所缓慢。 除淬火组织外,常温到1000℃之间,高碳钢的导热和导温系数明显下降,降幅达50%左右。在750℃之前,导热系数下降很快,此后下降速度有所减缓,对于淬火组织在100℃出现一个极小值,在250℃出现一个极大值。 除淬火组织,高碳钢的导温系数在750℃出现一个极小值,常温到750℃之间,导温系数从0.11左右下降到0.02.之后,导温系数开始上升。淬火组织在100℃出现一个极小值,在250℃出现一个极大值。 (2)成分 随着碳含量的增加,高碳钢的比热容增大,导热系数和导温系数均减小,其他元素的影响有待进一步研究。 (3)组织 对于不同组织,其热物性差别很大,随着显微组织中稳定性的提高,比热容逐渐下降,而导热系数和导温系数则逐渐上升,对于平衡程度较低的组织,其内部组织的畸变能较大,所以其吸热能力降低,即比热容下降;然而,由于其内部畸变程度较大,所以其吸热能力下降;然而,由于其内部的晶格畸变程度较大,所以其吸热能力降低,即比热容下降。然而由于内部晶格畸变程度较高,其内部的电子声子等自由程度降低,造成导热系数和导温系数下降。导热系数符合随着组织稳定性的提高,导热系数增加,比热容减小。晶粒越大,导热系数越大,比热容越大。 2 热物性的测量方法

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