[发明专利]一种基于力学手段检测固体比热容的方法

说明书

一种基于力学手段检测固体比热容的方法，其包含以下步骤：步骤100，查阅待测固体材料的弹性极限，若无法查到则通过实验获得待测固体材料的弹性极限；步骤200，获得固体材料的密度ρ；步骤300，获得固体材料的热膨胀系数α；步骤400，取待测固体材料制成一定形状的测试试件，设计在待测固体材料的弹性极限内的高频率拉伸实验，在近绝热条件下，对待测固体材料施加周期性的不同载荷幅值的拉伸力，记录其不同荷载幅值周期循环时测试试件的温度变化；步骤500，利用形变自由能推导得到定容比热容的表达式，将上述步骤中测定的单轴应力、温度T、T₀，密度ρ和热膨胀系数α带入定容比热容的表达式中，计算并进行数据处理，得到的待测材料定容比热容。

技术领域

本发明涉及固体材料物理性质检测领域，具体涉及一种基于力学手段检测固体比热容的方法。

背景技术

随着材料研发科技的蓬勃发展，各种新型固体材料不断涌现。这些材料的各项性能参数极大地影响着其实际应用。如何准确、经济、迅速的测定材料各类参数便成了亟待解决的问题。在诸多参数中，固体材料的比热容测定对于科学研究和工程应用都有着重要的意义。

目前，已提出的测定固体材料比热容的方法主要包括混合法、冷却法、电热法等。在以上的几种常见测量比热容方法中，由于散热因素难以控制且测量结果很大程度地受到量热器热传递的影响，实验结果准确度均较低。尽管后续改进方案中提出可以通过替换量热器为传感器、改进隔热装置或设计补偿与反馈机制等方式降低误差，但由于方案整体思路仍然是通过两种物体的热传递对比热容进行测定，因此多种散热因素对结果准确度仍有不可消除的影响。为了减少环境干扰，突破设备条件的限制，拓展和开发快速测量固体材料比热容的方法具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种经济、准确、检测过程简单可靠且适用范围广泛的检测固体材料比热容的方法。

为了达到以上目的，本发明的技术方案是提供一种基于力学手段检测固体比热容的方法，其包含以下步骤：

步骤100，查阅待测固体材料的弹性极限，若无法查到则通过实验获得待测固体材料的弹性极限；

步骤200，查阅待测固体材料的密度，若无法查到则通过实验获得待测固体材料的密度ρ；

步骤300，查阅待测固体材料的热膨胀系数，若无法查到则通过实验获得待测固体材料的热膨胀系数α；

步骤400，取待测固体材料制成一定形状的测试试件，设计在待测固体材料的弹性极限内的高频率拉伸实验，在近绝热条件下，对待测固体材料施加单轴应力，记录测试试件的温度变化；

具体为，记录F——单轴应力，S”——试件截面积，T₀——测试试件未受到荷载时的初始温度，T——测试试件受力后的温度；

步骤500，利用形变自由能推导得到定容比热容的表达式，将上述步骤中测定的单轴应力F、温度T、T₀，密度ρ和热膨胀系数α带入公式中，计算并进行数据处理，得到的待测材料定容比热容；

具体为，根据形变热力学理论，可将形变自由能f(ε_ik)表示为：

式(1)中：K为体积模量，μ为剪切模量，δ_ik为Kronecker-delta记号，ε_ik、ε_ll为应变张量分量；

当温度改变量(T-T₀)相对较小时，物体的熵S表示为：