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那么反上来说|资料上说导电性能好的物体普通导热性能也较好|导热性能较好的物体导电性能普通较好吗 (那么反义词是什么?)

废钢供求 2024-12-03 15:14:33 4
那么反上来说

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资料上说导电性能好的物体普通导热性能也较好。那么反上来说,导热性能较好的物体导电性能普通较好吗?

这倒是不必定。

如今有一种器件叫做“热管”的,它应用容易汽化的工质,在高温端受热汽化,在高温放热液化,导热效率很高。

但它可以做成不导电的(只需管壁不用金属即可)。

为什么导电性好的资料导热性也好

由于金属导热也靠电子,所以导热和导电性差不多,当然导热除了电子导热还有晶格导热.然而导热性好不必定导电性好,例如:金刚石导热性很好,然而导电性就不好. 资料的导热性和导电性区分用热导和电导来权衡,而热导普通包含两个局部: 其中示意电子热导,望文生义就是由自在电子的分散发生的热导,在温度梯度下电子会从高温区向高温区分散实现传热环节。

电子热导和资料的电导咨询严密,其相关满足Wiedemann-Franz定律:L是Loranz常数:L=2.45×10^-8 即电子热导局部和电导成正比相关。

第二局部称为声子热导,与电导有关。

所谓声子,并不是实在的宏观粒子,而是固体资料中的晶格点阵的群体静止形式,这种静止形式和粒子很像,称为准粒子。

而由晶格振动发生的热传导就是声子热导。

声子热导满足 ,Cv是比热,l 是声子平均自在程,v是声子流传速度。

直观上也容易了解,雷同的温度梯度下,比热大的资料导热多;而声子平均自在程越大,示意声子在静止中遭到的散射越少,热传导越顺利;声子流传速度v越大,显然传热也会越快。

所谓热电资料是指能将热能和电能相互转换的配置资料,这种转换才干的高下由热电质量因子ZT来权衡: 这个S是赛贝克系数,用来权衡赛贝克效应大小。

赛贝克效应是热电效应的一种,是指将两种不同金属各自的两端区分衔接,并放在不同的温度下,就会在这样的线路内出现电流。

塞贝克系数有一个更好了解的名字叫热电势,也就是由于温度梯度发生的电势差。

热电势的物理机制有两种:一是载流子分散,即由于温度梯度载流子会从高温端向高温端分散,从而发生电势差;二是声子曳引,由于电声子耦合,温度梯度下声子扩休会拽着电子一同分散,从而发生电势差。

咱们可以看到,选择资料热电质量因子的三个物理量S、和之间彼此存在着相互制约的相关,要想获取高的ZT值必定提高S和同时降落。

S和电导都与载流子浓度有关,载流子浓度越大电导越大,但S普通而言会越小,资料热电性能随载流子浓度的依赖相关如下图,图中的即是塞贝克系数S。

同时电导和又严密相关,正是由于电子热导和电导之间的正比相关使得很难在提高电导的同时又降落热导。

金属电导和导热系数(也叫热导)之间有数学相关,叫做魏德曼—弗兰兹定律(Wiedemann-Franz Law):在不太低的温度下,金属的导热系数与电导率之比正比于温度,其中比例常数的值不依赖于详细的金属。

用公式示意即为:,其中为导热系数,为电导率,为一个不依赖于详细金属而与温度有关的常数。

之后洛伦兹(Lorenz)将这个公式推行为:,为热力学温度,为洛伦兹常数。

. 当然,这个法令只是在温度较高的状况下成立,在温度较低时,就不再是常数了。

通常的金属资料可以这样来看待,原子核和内壳层电子组成的原子实(也可以简称为原子)由于它们之间的相互吸引作用(离子晶体是库伦作用、原子晶体是化学键作用,分子晶体是范德瓦耳斯力或氢键作用)依照规则排布(不思考毛病),不能随意静止(不然的话资料就散开,不再是固体了),最外层电子受原子核的约束作用较小,可以在整个金属中自在静止(量子力学能带切实的结果)。

在通常的金属资料中(不思考重费米子金属、半金属等复杂状况),起导电作用的是自在电子,在电场的作用下,自在电子会沿着电场的反方向静止(其实是一个费米球漂移,用玻尔兹曼方程形容,这里可以便捷地这么了解),自在电子越多,遭到的散射(遭到晶格毛病等阻碍阻止其沿着电场方向静止,这些散射也是电阻发生的根源)越少,导电性就越好。

而在通常金属中起导热作用的有两个局部。

其一也是自在电子,热电子会在温度场下分散(也用玻尔兹曼方程形容,把电场变成温度梯度场即可)。

便捷地说就是温度高的自在电子会静止放慢,它们会迅速向到奖励散,和冷电子(温度低的电子)经过碰撞替换能量,把热量传导开来。

同导电性一样,自在电子越多,遭到的散射越少,电子的导热性就越好。

其二是晶格振动,在金属(其余晶体资料也是一样)中,原子实只管不能自在静止,但它们可以在格点(晶体结构给他们规则的准确位置)周围作庞大的群体振动(原子之间是有相互作用的,就相当于手拉着手,一个原子振动也会带动其余原子振动),构成格波(相似于群体舞),可以把它们看成一种准粒子(其实并不存在,但和粒子的作用一样)——声子。

温度高的中央晶格振动愈加猛烈,也可以将热量传导到温度低的中央,可以以为是高温的中央发生的声子分散到高温的中央。

在高温的时刻,晶格振动不太猛烈,声子数目较少,它们之间相互碰撞的或者性也较少(可以这么以为),平均自在程(一个声子在两次碰撞之间静止的距离)长,晶格导热才干也就较强。

在温度较高时,晶格振动猛烈,声子很多,相互碰撞的几率大大参与,声子的平均自在程也大大减小,晶格导热才干也大大降落,所以就可以疏忽了。

而自在电子静止的速度很快,电子的平均自在程重要取决于声子和电子的碰撞(也即电子和振动的晶格原子的碰撞),而不是电子和电子的碰撞,所以普通金属的电导随温度升高而降落,这是电子和声子的一个很大的不同,必定要留意。

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