材料热力学与动力学教学大纲

《材料热力学与动力学》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号：13103103课程类别：专业核心课程适应专业：材料物理总学时：54学时总学分:3学分课程简介：本课程是我院材料专业的专业基础课程，本课程重点介绍了经典热力学和统计热力学理论在揭示材料中的相和组织形成规律方面的应用，注意通过材料问题实例来使读者理解和掌握热力学的基本规律。本课程由浅入深地讨论单组元系、二组元系和三组元以上的多组元系材料的相形成规律和相平衡问题；相变的热力学问题；重要的溶体模型和集团变分模型；亚稳、局域等次级相平衡以及材料设计与热力学等问题。授课教材：《材料热力学》第2版，徐祖耀，中国科学技术出版社，2001。参考书目：[1]《材料热力学与动力学》，徐瑞，哈尔滨工业大学出版社，2003。[2]《材料热力学》，徐祖耀，中国科学技术出版社，1982。二、课程教育目标：通过该课程的学习，掌握热力学四大定律的概念、实质、适用条件、意义，理解热力学定律是如何通过热力学函数应用到材料科学研究领域而形成材料热力学规律，掌握上述规律的概念、函数表达、适用条件，能用材料热力学规律解决材料研究中的具体问题，能解释材料科学研究中遇到的热力学现象，熟练掌握热焓、熵、自由能、偏克分子量、活度等热力学参量在具体材料变化过程中的求解方法和对过程做出正确的判断，掌握热力学函数中的重要函数关系尤其是麦克斯韦关系，掌握相图热力学、相变热力学、曲面热力学、溶液热力学、缺陷热力学等规律和概念，了解动力学规律，并解决材料研究中的一些问题。三、教学内容与要求第一章绪论与热力学第一定律教学重点：第一定律及应用。教学难点：状态函数的理解及在热力学计算中的灵活运用。教学时数：6教学内容：材料热力学的概念、课程的教学目的和学习方法，第一定律及相关函数，状态函数及全微分，热焓与比热，标准态等知识。教学方式：课堂讲授教学要求：理解材料热力学的概念、课程的教学目的和学习方法，掌握第一定律及相关函数，状态函数及全微分，热焓与比热，标准态等知识。第二章热力学第二定律和第三定律教学重点：材料热力学第二定律、第三定律、Richard、Trouton规则概念及应用。教学难点：熵的统计概念及相应的玻尔兹曼公式的推导。教学时数：6教学内容：简要复习自发过程和不可逆过程、熵及热力学第二定律的概念，掌握材料热力学第二定律数学表达式、平衡态判据表达式的推导，理解熵的统计概念，掌握玻尔兹曼公式的推导，掌握配置熵、固溶体的混合熵、振动熵和磁熵等概念、并运用该理论进行具体材料的熵值计算，解释材料热力学现象。热力学第三定律推导、验证和应用，Richard、Trouton规则概念及材料熔化、汽化熵的计算。教学方式：教学要求：灵活运用材料熵的概念进行热力学计算和过程进行方向、限度的判断。第三章自由能教学重点：热力学体系自由能的计算和运用自由能函数进行过程进行方向和限度的判断，界面自由能。教学难点：界面自由概念及在材料科学中的应用。教学时数：6教学内容：自由能函数G、F的概念，自由能与温度的关系，自由能的计算，蒸汽压与自由能关系，界面自由能，晶粒长大、大晶粒吞并小晶粒、第二相球化、平衡晶结形态等现象的热力学解释。教学方式：课堂讲授教学要求：掌握自由能函数G、F的概念，自由能与温度的关系，自由能的计算，蒸汽压与自由能关系，理解界面自由能，晶粒长大、大晶粒吞并小晶粒、第二相球化、平衡晶结形态等现象的热力学解释。第四章麦克斯韦方程及应用教学重点：麦克撕韦关系及应用。教学难点：麦克斯韦关系的推导。教学时数：6教学内容：数学上的麦克斯韦方程，热力学上的麦克斯韦关系，理想气体的内能和焓，应用麦克斯韦关系求ds、Cp-Cv,材料的热弹性效应。教学方式：课堂讲授教学要求：掌握材料热力学定律、热力学函数、膨胀系数、压缩系数、热弹性效应等概念。第五章单元系中的相平衡教学重点：Clausius-Clapeyron方程，Ehrenfest方程，纯组元中相平衡。教学难点：曲面热力学及应用，相变、相图、超导、磁性、曲面微积分等概念。教学时数：6教学内容：吉布斯自由能函数，一级相变与二级相变，Clausius-Clapeyron方程，Ehrenfest方程，纯组元中相平衡，超导态、磁性转变及λ相变，曲面相界面热力学。教学方式：课堂讲授教学要求：理解Clausius-Clapeyron方程，Ehrenfest方程，纯组元中相平衡，掌握曲面热力学及应用，相变、相图、超导、磁性、曲面微积分等概念。第六章溶液教学重点：偏摩尔量、拉乌尔定律和亨利定律及溶液的界面吸附。教学难点：活度的概念、标准态的选择及在热力学计算中的灵活运用。教学时数：6教学内容：溶液中组元浓度的表示法，偏摩尔量（偏克分子量），化学位（化学势），亨利定律和拉乌尔定律，Gibbs-Duhem公式的积分和活度测定，溶液的界面吸附，其它偏摩尔量及其关系。教学方式：课堂讲授教学要求：理解溶液中组元浓度的表示法，偏摩尔量（偏克分子量），化学位（化学势），亨利定律和拉乌尔定律，掌握Gibbs-Duhem公式的积分和活度测定，溶液的界面吸附，其它偏摩尔量及其关系。第八章相平衡教学重点：相平衡条件及二元系中的两相平衡及三相平衡。教学难点：二元系中的三相平衡。教学时数：9教学内容：单相平衡，多元系复相平衡的条件，相律及其推导，二元系中的两相平衡及三相平衡，了解三元系中的相平衡和二级相变时的相平衡。教学方式：课堂讲授教学要求：理解单相平衡，多元系复相平衡的条件，掌握相律及其推导，二元系中的两相平衡及三相平衡，了解三元系中的相平衡和二级相变时的相平衡。第九章相图热力学教学重点：相图热力学概念和相图计算原理。教学难点：各种相图计算方法与应用。教学时数：9教学内容：相图热力学的概念，平衡相浓度的计算原理，断岌固溶体的溶解度，有限溶解度固相线的计算，亚稳相的溶解度，二元系组元完全互溶的相图，了解计算机测制相图的方法。教学方式：课堂讲授教学要求：理解相图热力学概念和相图计算原理，掌握各种相图计算方法与应用。四、作业该课程原则上每次课都布置作业，除了教材中的习题，也可以补充一些典型习题。五、考核方式与成绩评定考核方式：考试。成绩评定：总评成绩=平时成绩（30%）+期末考试（70%），其中平时成绩是平时作业与出勤情况，视具体情况而定。执笔人：负责人：2013年8月