6. Методы калориметрического анализа.

1. п рямой метод определения теплоемкости при постоянном давлении (адиабатический). Удельная тепло­ емкость с определяется из формулы: Н =mc(Т-Т_к ), Н- теплота, пере­ шедшая от нагретого образца к рабочей жидкости калориметра; m - масса образца; Т и Тк- - его температура перед погружением и конечная в кало­риметре. Этот метол применяется для сравнительно невысоких температур (ниже точки кипения рабочей жидкости - вода, ртуть, сплав Вуда и т. п.).

2. Метод обратной калориметрии заключается в том, что холодный об­разец переносится в среду с более высокой температурой, где он нагревает­ся. Этот метод был применен для исследования отпуска закаленной стали, в которой при нагревании в калориметре выделялась скрытая теплота закал­ки. Она учитывалась при расчете. Данный метод можно с успехом приме­нять при исследовании необратимых процессов (отпуск закаленной стали, рекристаллизация наклепанного металла и т. д.).

3. Для определения теплоемкости при низких и средних температурах является метод электрического нагрева. Образец помещается в спираль сопротивлением R, Ом. обогреваемую электрическим током I, А, в течение τ, с. Образец массой m и удельной теплоемкостью с_р нагревается от Т₁до Т₂.В том случае, если не учитывать тепловых потерь в окружающее пространство, теплоемкость определяется по формуле:

С_р = I²Rt/(m(T₂-T₁)) . Точность этого метода наибольшая, если количе­ство теплоты, сообщенное телу, и повышение его температуры сравнитель­но мало.

4 ) Метод Сайкса- Ерузина основан на измерении количества теплоты, необходимой для нагрева образца до определенной температуры (принцип обратной калориметрии). Образец 1 массой m нагревается электрической спиралью 2 от температур Т₁, до Т₂ Для определения истинной (удельной) теплоемкости необходимо уменьшить ∆Т=Т₂-Т₁. Для этого образец помещают в блок 3, находящийся в печи 4, чтобы блок получал теплоту только от печи, а образец - только от спирали и создавалось тепловое равновесие, когда температура блока T_b равна температуре образца Т_S Удельная теплоемкость опред. из ур-ния с_р=W/m(dT_S/dτ), где W-мощность спирали, m-масса образца, определяется из уравнением масса образка; dT_S/dτ - скорость изменения температуры образца.

5) метод Смита (рис. 3). Метод позволяет производить термический анализ, определять теплоемкость и скрытую теплоту превращения. Сущность метода заключается в том, что в процессе эксперимента градиент температуры St на стенке контейнера 1, в который вставлен образец 2, поддерживается постоянным. Контейнер изготовлен из огнеупорного материала с малой теплопроводностью. В этом случае устанавливается некоторое стационарное состояние, при котором пустой контейнер нагревается на ∆t_c за время ∆τ_c . Количество теплоты, израсходованное на повышение темпера­туры на ∆τ_c., составляет H∆τ_c,= ∆t_cC_cm_c и т_с - теплоемкость и масса контейнера. Отсюда: Н=(∆t_c/∆τ_c)C_cm_c При нагреве контейнера с образцом Н=(∆t₀/∆τ₀)(C₀m₀+ C_cm_c) . C₍₎ и т₍₎ - теплоемкость и масса образца соответственно; ∆t₀/∆τ0-скорость нагрева. Для определения экспериментальных погрешностей контейнер нагре­вают с эталоном, теплоемкость и масса которого известна.