材料热力学课件-期中考试题
材料热力学》试题
2. 已知纯钛α/β平衡相变温度为882℃，相变焓为
14.65kJ.mol-1,试求将βTi过冷到800℃时，β→α的相变 驱动力。
3.试用正规溶体模型计算一个IAB＝16.7kJ.mol-1成分为XB
＝0.4的二元固溶体，其发生Spinodal分解的上限温度
是多少？
4.试根据AI-Mg二元相图中Mg17Al12在Mg基固溶体(β)中的
《材料热力学》试题
2007级
一、计算题
1.已知液体锌的Cp(l)为
Cp(l)＝29.66＋4.81×10-3T J/mol.K 固体密排六方锌的Cp(l)为 Cp(l)＝22.13＋11.05×10-3T J/mol.K 锌的熔点692.6K，熔化热ΔH＝6589.9J/mol，求固、 液相之间随温度变化自由能差值ΔG（T）。
（模型的建立、主要结论、适用对象）
3. 试画出如下共晶相图T2、T3、T5温度 下各相的自由能-成分曲线。
4. 试用摩尔自由能-成分图说明，为什么碳 素钢在淬火之后回火时，渗碳体的粒子越 细，其周围的铁素体中的含碳量越高？
三. 问答题
结合自己的研究课题，试述热力学
在材料中的应用。
谈谈本课程的学习体会以及对本课程
溶解度曲线数据(见下表)，求Mg17Al12的生成自由能。 温度/℃ 400 11 350 8.2 300 6.1 250 4.3 200 2.9 150 1.7
溶解度(Al)/at.%
二、简答题
1. 用正规溶体近似解释二元合金固溶体的illiams近似和双亚点阵模型。
的建议。
材料热力学习题集
材料热力学习题集液态铅在1个大气压下的热容量Cp(l)称为Cp(L)= 32.43-3.10×10-3TJ/(mol·k)，固态铅的热容量Cp(s)为Cp(S)= 23.56+9.75×10-3TJ/(mol·k)。
众所周知，当液态铅的熔点(600 K)固化成固体时，液态铅释放4811.60 J/mol的热量，并计算了当液态铅过冷到590K并固化成固体时的焓变化。
液态铅固态铅600Kb恒温相变c温升590Ka初始状态相变d最终状态？H示意图实施例1-2众所周知，锡在505K(熔点)时的熔化热为7070.96焦耳/摩尔，厘泊(L) = 34.69-9.20×10-3TJ/(摩尔·K)厘泊(S) = 18.49+26.36×10-3TJ/(摩尔·K)用于计算锡过冷至495 K时自动凝固的比例505K恒温，放热b相变c最终状态吸收热上升温度吸收热相变放热495Ka初始状态1摩尔液体d x摩尔固体(1-x)摩尔液体？H图例1-3铅的熔点为600K，凝固热为4811.6 J/mol，计算了铅在600K 凝固时的熵值变化(在一个大气压下)。
例1-4已知在1个大气压下液态铅的比热为32.43-3.10×10-3tj/(mol·k)CP(s)= 23.56+9.75×10-3tj/(mol·k)液态铅在其熔点(600K)固化成固体时释放4811.6 J/mol的热量。
计算了液态铅过冷到590K凝固时(在一个大气压下)熵值的变化。
1液态铅固态铅恒温相变600Kbc冷却温升590Ka初始相变d最终状态计算？S示意图实施例2-1已知液态锌的Cp(l)为Cp(L)= 29.66+4.81×10-3TJ/(mol·k)，固态锌的Cp(s)为Cp(S)= 22.13+11.05×10-3TJ/(mol·k)，锌的熔点为692.6K，熔化热δH = 6589.8J/mol，自由能差δG(δ的实施例2-2使用第一章中的数据计算铅在590 K(过冷10 K)凝固时的自由能变化δg(590 K)，并将其与简单近似计算的结果(铅在590K 凝固时δH =-4811.6J/mol)进行比较可以从第一章的计算中看出:当铅在590K凝固时，焓变化δH =-4722.56J/mol；熵变化δs =-8.0j/(Mol·k)例2-3已知γ-铁、δ-铁和液态铁的Cp为Cp(γ)= 7.70+19.50×10-3 TJ/Mol·kcp(d)= 43.93j/Mol·k(1674 ~ 1809k)Cp(L)= 41.84j/Mol·k(L)G亚稳态？相的理论熔点？第一阶段？1673年？L1809G？g？GLT/K？阶段225y = 246.65t-34.138 tlnt+9.75？10t 20-32y/100015y = 14861.57t = 1793.82k 105005001000t，k 1500200025003000| 286K时199例4-1，α-Sn β-Sn的δh = 2092j/mol，锡的= 118.7，πα-Sn = 5.75g/mL，ψ计算100个大气压下相变温度的变化值例4-2在95.5℃单斜硫菱形硫中，δV = 0.01395毫升/克，δH = 13.05焦耳/克，找出压力对相变温度的影响例4-3固体锌的蒸气压与温度的关系为:lgp(ATM)=-6850/T-0.755 gt+8.36液态锌的蒸气压与温度的关系为:lgp(ATM)=-6620/T-1.255 LGT+9.46q:1)液态锌在1个大气压下的沸点；2)三点温度；3)1 ATM沸点下的汽化热；4)三相点的熔化热；5)固体锌和液体锌之间的δCp 例4-4锌在610 K时的蒸气压为10 mmHg，镉的计算蒸气压也为10-5 mmHg杜林定律:当相似物质具有相同的蒸汽压时，T1/T2 =常数例4-5碳在1个大气压和25℃下以石墨为稳定相，并试图找出在25℃下将石墨转化为金刚石所需的压力实施例5-1实验测得的镉-镁的摩尔体积如下表所示Cd-镁合金-5实施例5-2已知三元溶液的摩尔体积为VM = 7x1+10 x2+12x 3-2x1x2+3x1x2x 3(cm3/mol)339解决方案:虚拟机∠X1 = x2 = x3 = 1/3 =869 X1 = 1-X2-X3，因为X1+X2+X3 = 1经过取代，我们可以得到:实施例5-3在1075℃下实验测得的氧在银中的溶解度如下表所示，我们可以找出:1)氧在银中的溶解度是否符合西沃特定律，我们可以找出溶解度常数；2)1075℃时空气中氧在银中的溶解度实施例5-4将0.567 g尿素(CON2H4)溶解在500 g水中，测量该水溶液的冰点为-0.0351℃，并计算尿素的分子量。
材料热力学练习题
1、由5个粒子所组成的体系，其能级分别为0、ε、2ε及3ε，体系的总能量为3ε。
试分析5个粒子可能出现的分布方式；求出各种分布方式的微观状态数及总微观状态数。
2、有6个可别粒子，分布在4个不同的能级上(ε、2ε、3ε及4ε)，总能量为10ε，各能级的简并度分别为2、2、2、1，计算各类分布的Ωj 及Ω总。
3、振动频率为ν的双原子分子的简谐振动服从量子化的能级规律。
有N 个分子组成玻耳兹曼分布的体系。
求在温度T 时，最低能级上分子数的计算式。
4、气体N 2的转动惯量I =1.394⨯10-46kg ⋅m 2，计算300K 时的Z J 。
5、已知NO 分子的Θυ=2696K ，试求300K 时的Z υ。
~J υ7、计算300K 时，1molHI 振动时对内能和熵的贡献。
8、在298K 及101.3kPa 条件下，1molN 2的Z t 等于多少？9、在300K 时，计算CO 按转动能级的分布，并画出分子在转动能级间的分布曲线。
10、计算H 2及CO 在1000K 时按振动能级的分布，并画出分子在振动能间的分布曲线；再求出分子占基态振动能级的几率。
11、已知HCl 在基态时的平均核间距为1.264⨯10-10m ，振动波数ν~=2990m -1。
计算298K 时的Θm S 。
12、证明1mol 理想气体在101.3kPa 压力下Z t =bLM 3/2(T /K )5/2 (b 为常数)13、计算1molO 2在25︒C 及101.3kPa 条件下的Θm G 、Θm S 及Θm H 。
设Θ0U 等于零。
14、已知300K 时金刚石的定容摩尔热容C V ,m =5.65J ⋅mol -1⋅K -1，求ΘE 及ν。
15．已知300K 时硼的定容摩尔热容C V ,m =10.46J ⋅mol -1⋅K -1，求(1) ΘD ；(2) 温度分别为30K 、50K 、100K 、700K 、1000K 时的C V ,m 值；(3) 作C V ,m 值− T 图形。
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4.1 新相的形成和相变驱动力 4.2 马氏体相变热力学 4.3 珠光体转变（共析分解）热力学 4.4 脱溶分解热力学 4.5 调幅（Spinodal）分解热力学
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4.1 新相的形成和相变驱动力
4.1.1 新相的形成
材料发生相变时，在形成新相前往往出现浓度起伏， 形成核胚再成为核心、长大。无论核胚是稳定相还是 亚稳相，只要符合热力学条件都可能成核长大。因此， 相变中可能出现一系列亚稳定的新相。
材料热力学
第四章 相变热力学 / 第五章 界面热力学
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参考书目
徐祖耀 主编，材料热力学，高等教育出版社， 2009.
赵乃勤 主编，合金固态相变，中南大学出版社， 2008.
江伯鸿 编著，材料热力学，上海交通大学出版社， 1999.
徐瑞等 主编，材料热力学与动力学，哈尔滨工业 大学出版社，2003.
基本内容：
计算相变驱动力，以相变驱动力大小决定相 变的倾向，帮助判定相变机制，在能够估算临 界相变驱动力的条件下，可求得相变的临界温 度。相变驱动力与相变阻力的平衡。
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相变的分类：
1. 按热力学分类：一级相变、二级相变…… 2. 按原子迁移特征分类（固态相变）：扩散型
相变、无扩散型相变。 3. 按相变方式分类：形核-长大型相变（不连续
匀形核，因此所需的过冷度也小。
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第四章 相变热力15 学
4.2 马氏体相变热力学
4.2.1 马氏体相变
高碳钢经淬火发生了马氏体相变，获得马氏体显 微组织，具有很高的硬度，但塑性较差。
马氏体相变是钢件热处理强化的主要手段，要求 高强度的钢都是通过淬火来实现。
大学材料科学专业《大学物理（下册）》期中考试试卷 附答案
大学材料科学专业《大学物理（下册）》期中考试试卷附答案姓名：______ 班级：______ 学号：______考试须知：1、考试时间：120分钟，本卷满分为100分。
2、请首先按要求在试卷的指定位置填写您的姓名、班级、学号。
一、填空题（共10小题，每题2分，共20分）1、一束光线入射到单轴晶体后，成为两束光线，沿着不同方向折射．这样的现象称为双折射现象．其中一束折射光称为寻常光，它______________定律；另一束光线称为非常光，它___________定律。
2、一质量为0.2kg的弹簧振子, 周期为2s,此振动系统的劲度系数k为_______ N/m。
3、二质点的质量分别为、. 当它们之间的距离由a缩短到b时，万有引力所做的功为____________。
4、两根相互平行的“无限长”均匀带正电直线1、2，相距为d，其电荷线密度分别为和如图所示，则场强等于零的点与直线1的距离a为_____________ 。
5、四根辐条的金属轮子在均匀磁场中转动，转轴与平行，轮子和辐条都是导体，辐条长为R，轮子转速为n，则轮子中心O与轮边缘b之间的感应电动势为______________，电势最高点是在______________处。
6、图示曲线为处于同一温度T时氦（原子量4）、氖（原子量20）和氩（原子量40）三种气体分子的速率分布曲线。
其中曲线（a）是________气分子的速率分布曲线；曲线（c）是________气分子的速率分布曲线。
7、两个相同的刚性容器，一个盛有氧气，一个盛氦气（均视为刚性分子理想气体）。
开始他们的压强和温度都相同，现将3J的热量传给氦气，使之升高一定的温度。
若使氧气也升高同样的温度，则应向氧气传递的热量为_________J。
8、一电子以0.99 c的速率运动(电子静止质量为9.11×10-31kg，则电子的总能量是__________J，电子的经典力学的动能与相对论动能之比是_____________。
材料热力学习题
材料热力学习题
1熟悉的条件、表达式及意义（）。
2. 熟悉配分函数的条件、表达式及意义（）。
3.三大分布是什么？，表达式？
4、热力学函数的微分表达式；热力学意义定律，第二定律；
5、固溶体中配置熵的计算；高分子模型中配置熵的计算；
6、分析铁基马氏体与有色金属中马氏体相变时的动力与阻力。
7、交互作用参数意义，各参数变化对其影响；
8、正规熔体及热函数表达式
9、在定压热容C p的经验表达式中，，试导出这时的焓(H)、熵(S)和Gibbs自由能(G)的表达式。
10、利用讨论偏析引起的自由能的变化。
《材料的热学》课件
解释能量转换与热能利用的科学原理。
热力学第二定律
1 热力学第二定律的表
述
在孤立系统中，不断增 加，不可逆过程不能自发 发生。
2 卡诺循环
理想的热机循环，能实现 最高效率的理论。
3 热力学第二定律的应
用
解释自然界中各种能量转 化的局限性。
热力学第三定律
1 熵的概念
研究系统无序程度的物理量。
的方向密切相关。
热力学循环
1 标准热力学循环
由一系列变化组成的最基本的热力学过程。
2 常见的热力学循环
卡诺循环、斯特林循环、奥托循环、布雷顿循环等。
结束语
1 热力学的理论与应用
为科学探索和工程实践提供了重要的基础。
2 热力学的未来发展
与材料科学、能源领域等关联紧密，将有更广阔的应用前景。
热量
能量的传递形式，使物体温度发生变化。
热力学功
系统与外界交换的能量。
热平衡与热传递
1 热平衡的条件
物体间热量的传递达到稳 定状态，没有净热量的交 换。
2 热平衡的稳定性
系统达到热平衡后，微小 扰动不会导致系统温度变 化。
3 热传递的方式
热传导、热对流、热辐射。
热力学第一定律
1 定与表述
能量守恒定律，能量既不能创造也不能消失，只能从一种形式转化为另一种形式。
《材料的热学》PPT课件
欢迎来到《材料的热学》PPT课件。本课程将为您介绍热力学的基本概念、定 律和参数，以及热平衡、热传递、热力学循环等内容，让您深入了解材料的 热学。
概述
• 热力学的基本概念 • 热力学的三大定律
热力学基本参数
温度
衡量物体热运动强度的物理量。
《热力学与统计物理学》期中考试答案
《热力学与统计物理学》期中考试答案1. 热力学第零定律：两物体同时与第三个物体热平衡时，这两个物体彼此之间也热平衡。
热力学第一定律：在一个热力学过程中，系统吸收的热量等于系统内能的增加和系统对外所做的功。
热力学第二定律：不可能从单一热源取热使之完全转化为功而不引起其它变化（不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化）。
热力学第三定律：不可能用有限的手续使系统温度达到绝对零度。
2. 卡诺循环包括以下四个准静态过程:（1）等温膨胀（2）绝热膨胀（3）等温压缩（4）绝热压缩 卡诺热机的效率 121T T −=η pV 图和TS 图分别见《热力学》教材第68页和第100页。
3. 设状态方程为),(T v p p =,那么)(()(2223)va b v RT d dv b v RT va dTb v R dv v p dT T p dp T v−−=⎥⎦⎤⎢⎣⎡−−+−=⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂+⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂=运用循环微分公式积分得 RT b v va p =−+)(2 利用级数展开公式,可得⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++−+=−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++++=L L 332233221)(11v b v b v RT a b RT v a v b v b v b RT pv 第二，第三，第四维里系数分别为： 32,,b D b C RTa b B ==−=4. 热力学第一定律： pdVdT C Q d V += 所以 ，又pdV dT C CdT V +=RT n pV ′=所以 RdT n VdP pdV ′=+，即R n Vdp pdV dT ′+=/)( 所以 pdV C C pdV C C R n Vdp C C p V V )()()(−=+−′=− 令 CC C C n V p −−=，则 0=+V dV n p dp ，所以 const pV n =对于，有const V p =2const pV =21，即21=n 而 R c c c n n c V V V 2)12(1+=−=−−=γγ5. （1）设想一可逆过程，水的熵变 K J T dT mc S /130537327311==Δ∫ （2）热源的熵变 K J TQ S /112137310018.410002−=××−=−=Δ 整个系统的熵变 K J S S S /18421=Δ+Δ=Δ（3）在0 ºC 与100 ºC 之间取彼此温差为无限小的无限多个热源，让水依次与这些温度递增的无限多个热源相接触，由0 ºC 吸热升温至100 ºC。
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四、反应的自由能变随温度变化的关系如下式：
G = -1,750,000 - 15.7T logT + 370T, J mol-1 （1）计算500 K时的反应S； （）计算500 K时的反应H；
（3）500 K时反应是否是自发的?
三、在286K，1atm，灰锡转变为白锡。 Cp = 21.6 + 18.210-3T, J mol-1 K-1 (适用于灰锡和白锡)
Hto = 2.1 J mol-1 (在286K下的转变热)。 （1）计算286K，1atm，相转变的自由能变G； （2）计算293K，1atm，相转变的自由能变G；
一、 1mol理想气体，求出下面4个依次变化条件下的 功W、热量Q、内能变化ΔU、焓变ΔH和ΔS及总的变 化。 （a）25℃， 1atm下，真空膨胀体积增大2倍； （b）等体积下，加热到125℃； （c）等温可逆膨胀体积增加到2倍； （d）最后等压条件下可逆冷却到25℃。 25℃， 1atm下，理想气体摩尔体积为22.414l。
1l atm 1.013102 J
二、 一封闭容器： （1）一半是1mol理想气体A，压力1atm ；另一半是 1mol理想气体B，压力1atm ；除去隔板，求ΔS 。 （2）一半是2mol理想气体，同样除去隔板，求ΔS 。 （3）两边都是气体A的情况下，与（1）相同求解。 （4）两边都是气体A的情况下，与（2）相同求解。