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研究生固态相变原理结课考试

更新时间2018-11-08 15:37:01

有哪些可能的方法可以鉴别材料中发生了相变?请举出尽可能多的方法。

相变材料(PCM - Phase Change Material)是指温度不变的况下而改变物质状态并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程,这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。


相变材料可分为有机(Organic)和无机(Inorganic) 相变材料。亦可分为水合盐(Hydrated Salts)相变材料和蜡质(Paraffin Wax)相变材料。


我们最常见的相变材料非水莫属了,当温度低至0°C 时,水由液态变为固态(结冰)。当温度高于0°C时水由固态变为液态(溶解)。在结冰过程中吸入并储存了大量的冷能量,而在溶解过程中吸收大量的热能量。冰的数量(体积)越大,溶解过程需要的时间越长。这是相变材料的一个最典型的例子。


相变材料应用于电采暖行业,是传统电采暖迈向节能电采暖的革命性转变,相变热电暖器就是其中代表产品,相对传统电暖器可节能60%-70%。


相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。以固-液相变为例,在加热到熔化温度时,就产生从固态到液态的相变,熔化的过程中,相变材料吸收并储存大量的潜热;当相变材料冷却时,储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去,进行从液态到固态的逆相变。在这两种相变过程中,所储存或释放的能量称为相变潜热。物理状态发生变化时,材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变,形成一个宽的温度平台,虽然温度不变,但吸收或释放的潜热却相当大。


相变材料的分类相变材料主要包括无机PCM、有机PCM和复合PCM三类。其中,无机类PCM主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等;有机类PCM主要包括石蜡、醋酸和其他有机物;复合相变储热材料的应运而生,它既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺点,又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。


什么是相变

物质从一种相转变为另一种相的过程。物质系统中物理、化学性质完全相同,与其他部分具有明显分界面的均匀部分称为相。与固、液、气三态对应,物质有固相、液相、气相。


一级相变

在发生相变时,有体积的变化同时有热量的吸收或释放,这类相变即称为"一级相变"。例如,在1个大气压0℃的况下,1千克质量的冰转变成同温度的水,要吸收79.6千卡的热量,与此同时体积亦收缩。所以,冰与水之间的转换属一级相变。


二级相变

在发生相变时,体积不变化的情况下,也不伴随热量的吸收和释放,只是热容量、热膨胀系数和等温压缩系数等的物理量发生变化,这一类变化称为二级相变。正常液态氦(氦Ⅰ)与超流氦(氦Ⅱ)之间的转变,正常导体与超导体之间的转变,顺磁体与铁磁体之间的转变,合金的有序态与无序态之间的转变等都是典型的二级相变的例子。


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