2. Вимірювання теплоємності.

Вимірювання теплоємності зводиться до вимірювання зміни температури зразка, яка виникає в результаті отримання або втрати деякої кількості тепла. Вимірювання проводять при високих або низьких температурах в залежності від мети визначення вкладу в теплоємність гратки або електронного газу (для металів).

1) Метод Сайкса-Грузіна.

Метод оснований на визначенні кількості теплоти, яка необхідна для нагрівання зразка до певної температури за рахунок вимірювання швидкості зміни температури T за час  t.

Рис. 3. Метод Сайкса-Грузіна. 1 – зразок, 2 – масивний блок, 3 – термопара блока, 4 – виводи внутрішнього нагрівача зразка, 5 – диференційна термопара для виміру різниці температур між зразком та блоком

Принципова схема методу показана на Рис. 3. Зразок 1 масою m складної форми нагрівають спіраллю 2 з середини від температури Т1 до температури Т2. Для створення різниці температур T = Тс - Тз у середині зразка розміщують піч 4, яка знаходиться у кварцевій вакуумній трубі, а всю систему розташовують у мідному стакані. Цю різницю температур вимірюють диференційною термопарою 7. Вважається,

що в такій системі енергія електричного струму йде тільки на нагрівання зразка без інших втрат (перевага!!!). Тому кількість теплоти, використану для нагрівання, обчислюють за формулою Q = i²rt, де i^—сила електричного струму спіралі 2, яка має опір r, t – час проходження струму. Приблизну середню теплоємність знаходять за формулою с = i²rt/m.

Для визначення істинної теплоємності точно визначають різницю температур зразка і мідного контейнера T = Т_с - Т_з. за допомогою диференційної тер­мо­пари 5. Під час експерименту контейнер нагрівають з швидкістю 1 Кс^-1. Якщо нагрівач зразка вимкнений, то температура зразка менша за температуру контейнера (Т_с > Т_з.). При вмиканні цього нагрівача зразок нагрівається до більш високої температури, ніж контейнер, і тоді Т_с < Т_з. Послідовне вмикання і вимикання спіралі 2 дає або невелику позитивну або негативну різницю T.

При T = 0 теплообмін між зразком і контейнером відсутній. В цей момент вимірюється кількість тепла Q = Wt, яку віддає спіраль зразку за час t для зрівняння температур, виходячи з того, що її потужність W = qiu, витрачається тільки на нагрівання. зразка. Тут u - напруга, q - тепловий еквівалент роботи, 0.239 калдж^-1. Тоді теплоємність визначають за формулою

с_р = Q/m_зT = Wt/m_зT = iu/m_з (T/t)_з, (3)

де (T/t)_з – це швидкість зміни температури зразка. Але за час t змінюється і температура контейнера. Тому істинну швидкість зміни температури зразка за час t вимірюють, як різницю швидкості нагрівання контейнера (T/t)_с (термопарою 5) і зміну температури зразка по відношенню до контейнера (Т_с - Т_з)/t (диференційною термопарою 7):

(T/t)_з = (T/t)_с - (Т_с - Т_з)/t (4)

Далі змінюють температуру контейнера (підвищують) за допомогою печі 4. Процедура вмикання і вимикання спіралі 3 і вимірювання величин (T/t)_с, (Т_с - Т_з)/t, i, u, W, с_р повторюється. На Рис. 4 це показано точками а,б,в.

Рис. 4. Термограми нагріву блоку (t_б) і зразка (t_о) при визначенні теплоємкості методом Сайкса: i_н – струм внутрішнього нагрівача зразка

Метод Сайкса-Грузіна використовують для вивчення упорядкування в твердих розчинах, старіння, відпуску сплавів.