Úvod
Stanovení měrné tepelné kapacity (Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.cp) nerezové oceli 1.4301 je zásadní pro pochopení jejího tepelného chování v reálných provozních podmínkách. Tyto základní údaje o materiálu jsou nezbytné pro navrhování a optimalizaci tepelných procesů v průmyslu. Mezi typické oblasti použití patří strojírenství a procesní inženýrství, jakož i potravinářský a chemický průmysl, kde se nerezová ocel často používá jako konstrukční materiál. Znalost přesné tepelné akumulační kapacity je důležitá zejména v aplikacích, které zahrnují cyklické nebo přechodné teplotní zatížení. To umožňuje provádět realističtější Thermal Simulations a zlepšuje provozní bezpečnost a účinnost součástí.
DSC-cp, stanovení
Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.Měrná tepelná kapacita (Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.cp) se obvykle stanovuje pomocí DSC srovnávací metodou měření s referenčním materiálem (např. podle normy DIN EN ISO 11357).
Nejprve se provede vhodná kalibrace DSC (obvykle teplotní kalibrace). Každé stanovení měrné tepelné kapacity materiálu zahrnuje tři měření: základní hodnotu, referenční vzorek ze safíru a samotný vzorek a lze je pak vypočítat podle následující rovnice:
Všechna měření se provádějí při definované rychlosti ohřevu v atmosféře inertního plynu, aby byly zajištěny stálé podmínky. Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.Měrná tepelná kapacita (Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.cp) se stanovuje v definovaném teplotním rozsahu. Důležité jsou stabilní základní linie a vysoká reprodukovatelnost podmínek měření.
Během měření zaznamenává DSC tepelný tok jako funkci teploty. Při výpočtu měrné tepelné kapacity se bere v úvahu množství tepelné energie absorbované vzorkem ve srovnání se standardním materiálem. Vyhodnocení mohou ovlivnit Fázové přechodyTermín fázový přechod (nebo fázová změna) se nejčastěji používá pro popis přechodů mezi pevným, kapalným a plynným skupenstvím.fázové přechody nebo reakce uvnitř vzorku. Proto je třeba vzít v úvahu Fázové přechodyTermín fázový přechod (nebo fázová změna) se nejčastěji používá pro popis přechodů mezi pevným, kapalným a plynným skupenstvím.fázové přechody druhého řádu, např. skelné přechody, zatímco Fázové přechodyTermín fázový přechod (nebo fázová změna) se nejčastěji používá pro popis přechodů mezi pevným, kapalným a plynným skupenstvím.fázové přechody prvního řádu, např. procesy tání, je třeba vyloučit.
Výsledkem je zdánlivá* Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.měrná tepelná kapacita vzorku závislá na teplotě, kterou lze použít pro charakterizaci materiálu nebo další termofyzikální výpočty. Přesné podmínky měření jsou uvedeny v tabulce 1.
*Zdánlivá Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.měrná tepelná kapacita je termín v termodynamice, který se používá k popisu tepelného chování materiálů, které při zahřívání nebo ochlazování procházejí fázovými přechody (např. tání, vypařování).
Tabulka 1: Parametry měření DSC
| Měřicí hlava | DSC-Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.cp DSC 500 Pegasus® |
|---|---|
| Pec | Rhodium |
| Kelímek | Pt/Rh kelímek s víkem (s vložkou Al2O3) |
| Termočlánek pro vzorek | Typ S |
| Proplachovací plyn | Ar (70 ml/min) |
| Teplotní program |
|
| Hmotnost vzorku | 140.952 mg |
| Kalibrační standard | Safír (83,265 mg) |
Výsledky a diskuse
Na obrázku 1 je znázorněna křivka měření, která ilustruje zdánlivou měrnou tepelnou kapacitu (Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.cp) nerezové oceli 1.4301 v závislosti na teplotě v rozsahu od pokojové teploty do přibližně 1550 °C. Na začátku a v průběhu zahřívání (přibližně do 1200 °C) vykazuje materiál podle očekávání převážně stabilní chování s mírným nárůstem hodnot Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.cp. Naměřené hodnoty se zde pohybují přibližně od 0,49 do 0,66 J/(g-K). Zřetelný nárůst křivky Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.cp lze pozorovat přibližně od teploty 1400 °C. Přeměna začíná přibližně při 1418 °C, přičemž výrazný endotermický efekt je pozorován při 1477,5 °C. Tento ostrý pík je typický pro Fázové přechodyTermín fázový přechod (nebo fázová změna) se nejčastěji používá pro popis přechodů mezi pevným, kapalným a plynným skupenstvím.fázový přechod prvního řádu a naznačuje proces tavení materiálu. V oblasti reakce tání je k přeměně z pevného do kapalného stavu zapotřebí dodatečná energie (latentní teplo), což se odráží v prudce zvýšené zdánlivé hodnotě Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.cp a široké struktuře píku. V oblasti přechodu tání není Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.cp jednoznačně definováno v důsledku latentního tepla spojeného s fázovým přechodem.
Integrací píku získáme transformační entalpii přibližně 232 J/g, která představuje energetický podpis procesu tání. Koncový bod transformace je přibližně při 1482 °C, kdy je materiál plně v kapalném stavu.
Souhrn
Stanovení měrné tepelné kapacity poskytuje komplexní termofyzikální informace, které jsou zásadní pro charakterizaci materiálů a vývoj procesů. Hlavní výhodou je, že zachycuje úplné tepelné chování v extrémně širokém rozsahu teplot, včetně pevného stavu, fázových přechodů a tání. To umožňuje vytvářet konzistentní soubory dat pro parametry, jako je Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.cp, entalpie a entalpie tání, bez jakýchkoli datových mezer. Měření až do bodu tání navíc umožňuje jednoznačnou identifikaci a kvantifikaci fázových přechodů, zejména teploty tání a souvisejícího latentního tepla. To je důležité zejména u slitin, jako je nerezová ocel 1.4301. Tyto údaje lze přímo začlenit do stránek Thermal Simulations (např. odlévání nebo vysokoteplotní procesy) a umožnit tak realistické modelování procesů ohřevu, tavení a tuhnutí.
DSC 500 Pegasus® umožňuje přesné měření cp v širokém rozsahu teplot. Díky vysoké citlivosti systému a stabilním podmínkám měření lze spolehlivě stanovit termofyzikální vlastnosti materiálů, a to i v náročných vysokoteplotních aplikacích.