- •Строительное материаловедение
- •Лекция1. Строение атома
- •1. Электронное строение атома
- •2. Спектры излучения и поглощения. Главное квантовое число
- •Орбитальное квантовое число. Физический смысл, числовое и буквенное обозначения
- •Магнитное и спиновое квантовые числа
- •Периодический закон и электронное строение атома
- •Периодичность свойств химических элементов
- •3. Атомные радиусы химических элементов
- •4. Энергия ионизации
- •5. Cродство к электрону
- •6. Электроотрицательность
- •Лекция 2. Химическая связь и строение молекул
- •1. Краткая история развития представлений о химической связи
- •2. Квантово-механическое рассмотрение химической связи.
- •2.1. Ковалентная связь
- •Количественные характеристики химической связи
- •Метод валентных связей
- •Метод молекулярных орбиталей (ммо)
- •Сравнение методов валентных связей и молекулярных орбиталей
- •Свойства ковалентной связи
- •Полярность связей и молекул
- •2.2. Ионная связь
- •4. Металлическая связь
- •5. Межмолекулярные взаимодействия
- •6. Водородная связь
- •Лекция 3. Структура материалов
- •1. Основные понятия, термины, определения
- •2. Внутреннее строение матерпалов
- •Микроструктура
- •Кристаллическая структура
- •3.2. Аморфная структура
- •3.3. Аморфно-кристаллическая структура
- •4. Макроструктура
- •4.1. Особенности структуры поверхностного слоя.
- •4.2. Особенности структуры внутреннего слоя.
- •4.3. Основные характеристики макроструктуры
- •Пористость
- •Гигроскопичность
- •Газопроницаемость
- •Паропроницаемость
- •Водопроницаемость
- •Лекция 4. Свойства материалов
- •1. Основные понятия, термины, определения
- •2. Взаимосвязь основных свойств
- •3. Плотность
- •3. Теплофизические свойства
- •3.1. Теплоемкость Основные понятия, термины определения
- •Теплоемкость при нагревании и переходных процессах
- •Химический состав и теплоемкость
- •Агрегатное состояние и теплоемкость
- •Теплоемкость и ее практическое использование
- •3.2. Тепловое расширение Основные понятия, термины, определения
- •Механизм теплового расширения твердых тел
- •Связь “тип химической связи — тепловое расширение”
- •Влияние структуры материала на тепловое расширение
- •3. Теплопроводность Основные понятия, термины, определения
- •Агрегатное состояние вещества и теплопроводность
- •Влияние состава, структуры и параметров состояния на фононную теплопроводность твердого тела (кристалла)
- •Теплопроводность некристаллических тел
- •Теплопроводность гетерогенных систем
- •Плавление материалов Основные понятия, термины, определения
- •Механизм плавления твердого тела
- •Состав и температура плавления
- •Структура твердого тела и температура плавления
- •Взаимосвязь "температура плавления - тепловое расширение "
- •Лекция 5. Деформативные и прочностныесвойства материалов
- •1. Деформативные свойства Основные понятия, термины, определения
- •Упругость
- •Константы упругости
- •Модуль Юнга
- •Пористость и модуль Юнга
- •Термическое расширение и модуль упругости
- •Пластичность
- •Причины и механизм образования пластических деформаций
- •Хрупкость
- •Эластичность
- •2. Прочность
- •Критерии прочности
- •Факторы, влияющие на показатель прочности
- •Общие положения относительно прочности и разрушения материала
- •2. Твердость
- •Факторы, влияющие на твердость материала
- •Способы оценки твердости
- •Лекция 6. Эксплуатационные свойства
- •6.1. Основные понятия, термины, определения
- •6.2. Водостойкость
- •6.3. Морозостойкость Морозостойкость плотных и пористых материалов
- •Механизм разрушения структуры пористых тел при замораживании
- •Факторы, влияющие на морозостойкость
- •6.3. Коррозионная стойкость Основные понятия, термины, определения
- •Виды коррозии строительных материалов
- •Факторы, влияющие на коррозионную стойкость строительных материалов
- •Общие принципы повышения коррозионной стойкости
- •Заключение
Теплопроводность некристаллических тел
Тела с сильно разупорядоченной кристаллической решеткой, а также с полностью некристаллическим строением имеют очень низкую среднюю длину свободного пробега фононов, которая находится в пределах межатомного расстояния (порядка 3.. .5 Ǻ). Этим в основном объясняется низкая теплопроводность стекол и других аморфных тел и ее слабая зависимость от температуры.
Данные по теплопроводности стекол, приведенные в табл. 4.3., являются типичными для некристаллических твердых тел. Как видно из таблицы, их теплопроводности очень близки, хотя состав стекла все же оказывает некоторое влияние. Например, стекла с высоким содержанием бария или свинца имеют теплопроводность ниже, чем натрий, калий, силикатные стекла.
Таблица 4.3. Теплопроводность различных твердых тел
Тип мате- |
Вещество |
Теплопроводность, |
риала |
|
Вт/м°С |
Минералы |
Корунд (А12О3) |
-30 |
|
Периклаз (MgO) |
-36 |
|
Шпинель (MgOAl2O3) |
-15 |
|
Кварц (SiO2) |
0,63 |
|
Муллит (3Al2O3-2SiO2) |
5,8 |
|
Графит (С) |
180 |
Стекла |
Кварцевое стекло |
1,72 |
|
Натрий-кальций-силикатное стек- |
|
|
ло |
1,44 |
Металлы |
Медь (Си) |
397 |
|
Алюминий (А1) |
230 |
|
Железо (Fe) |
73,2 |
|
Титан (Ti) |
4,1 |
Полимеры |
Полиэтилен |
0,34 |
|
Полистирол |
0,084 |
|
Поливинилхлорид |
0,15 |
|
Полиметилметакрилат |
0,16 |
Стекловидная фаза, которая обычно выполняет роль связки в традиционной керамике, имеет теплопроводность, близкую к теплопроводности натрий, калий, силикатного стекла.
Природные и синтетические полимеры ввиду особого строения макромолекул обладают самой низкой теплопроводностью из твердых веществ и соединений (см. табл. 4.3), потому что такие легкие элементы, как С, О, Н и др., образуют ковалентную связь, и можно предположить высокую теплопроводность их молекул. Однако из-за слабости и неоднородности молекулярных связей рассеяние фононов оказывается значительным, а теплопроводность низкой.
В зависимости от агрегатного состояния веществ и особенностей переноса ими тепловой энергии условный ряд тел по величине их теплопроводности (по мере возрастания) может иметь следующий вид:
газы <<полимеры<<жидкости<<стекла<<кристаллы<<металлы,
Существенное изменение теплопроводности тел при изменении их состава и температуры и проявление в различных интервалах температур разных механизмов переноса тепла усложняет анализ этого явления ввиду значимости каждого фактора и их взаимосвязей.
Следует заметить, что для каждого агрегатного состояния тела имеется параметр (критерий), определяющий интервал состояния тела, за пределами которого его свойства резко изменяются. Такими параметрами (критериями) являются:
- для газа — соотношение между суммарным объемом частиц и общим объемом, занимаемым газом, т.е. величина, которая определяет его плотность и, следовательно, теплопроводность;
- жидкости — температура кипения, определяющая скорость изменения теплопроводности при изменении температуры;
- кристаллических тел — температура Дебая, которая определяет эффективные параметры упругих колебаний кристаллической решетки, обеспечивающих перенос тепловой энергии.