Determinación precisa del calor específico mediante DSC

Para obtener señales lo más elevadas posible, se recomienda emplear materiales de crisol y tapa con una alta Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica (como el aluminio, el platino o también el grafito), así como una velocidad de calentamiento relativamente alta, de 10 o 20 K/min. Los crisoles de óxido de aluminio no son idóneos para las determinaciones de _{Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.cp}, ya que el _Al2O3 se vuelve transparente para la radiación térmica a temperaturas elevadas.

Es importante que exista un buen acoplamiento térmico entre la muestra, el fondo del crisol y el sensor. Para ello es necesario que el fondo del crisol sea plano y que la superficie de contacto entre la muestra y el crisol sea lo más amplia posible ( large ). Lo ideal son muestras en forma de disco con un diámetro de, por ejemplo, 5 a 6 mm y una altura de aproximadamente 1 mm. Si existe el riesgo de que se produzca una reacción de contacto entre la muestra y el crisol metálico, pueden utilizarse como alternativa crisoles de platino con revestimientos de _Al2O3, por ejemplo. Estos revestimientos son de paredes considerablemente más finas que los crisoles convencionales de _Al2O3 y sólo tienen un efecto menor sobre la sensibilidad del sistema. Para temperaturas finales cercanas a 1400 °C o superiores, es aconsejable utilizar un disco de _Al2O3 como soporte de los crisoles de Pt/Rh para evitar que los crisoles se peguen a las zonas de soporte de los portamuestras. Encontrará más información sobre este fenómeno aquí.

En el caso de muestras pulverulentas, se recomienda presionar el polvo con un sello.

Con respecto a la masa de la muestra, es ventajoso cuando las "masas térmicas" del zafiro y de la muestra son aproximadamente equivalentes, es decir

Según la norma ASTM E 1269, la masa de la muestra no debe haber variado en más de un 0,3% al volver a pesar la muestra una vez finalizado el experimento. En caso contrario, la medición debe rechazarse. Esta afirmación se basa en el hecho de que en la fórmula de cálculo sólo se tiene en cuenta la masa inicial de la muestra. Si se producen cambios de masa mayores, para ser estrictamente correcto habría que volver a calcular la Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica en la parte siguiente de la curva con una masa inicial modificada.

Debe garantizarse una posición reproducible del crisol entre las series de referencia, zafiro y muestra. Posiciones significativamente diferentes del crisol en el sensor pueden influir negativamente en la incertidumbre de los resultados.

Para las determinaciones de _{Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.cp} se plantean grandes exigencias al perfil de temperatura del horno, con el fin de garantizar unas condiciones de temperatura lo más homogéneas posibles en el interior. Junto con el horno compacto y rápido del DSC 204 F1 Phoenix^® ®, los más adecuados para el DSC 404/STA 449 son el horno Pt/Rh hasta 1500°C, el horno Rh hasta 1650°C, el horno de baja temperatura hasta 675°C (elemento calefactor de plata).

a) Dinámica

Para la determinación clásica del _{Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.cp} se dispone de dos programas de temperatura diferentes (figura 2). Lo que tienen en común los dos programas de temperatura -antes del calentamiento de interés- es una fase IsotérmicoLos ensayos a temperatura controlada y constante se denominan isotérmicos.isotérmica de 10 a 15 minutos para la estabilización de la temperatura inicial.

b) Isotérmico

El Comité Técnico Internacional de la ASTM está trabajando actualmente en una nueva norma (ASTM E 37; el^3er borrador se publicó en agosto de 2008) para la determinación de la capacidad calorífica específica mediante DSC de temperatura modulada. En este caso, el intervalo de temperaturas se limita de -100°C a 600°C. La evaluación se lleva a cabo en los segmentos isotérmicos (ejemplo de programa de temperatura en la figura 3).

Tanto en el modo dinámico como en el IsotérmicoLos ensayos a temperatura controlada y constante se denominan isotérmicos.isotérmico, suele ser mejor desconectar el STC (controlador de temperatura de la muestra) durante la medición.

Una nueva calibración de la sensibilidad se establece a través de la medición de la línea de base y del zafiro dentro de un triplete _{Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.cp}. Por tanto, no es necesario integrar una curva de sensibilidad en las mediciones; basta con activar la calibración de temperatura correspondiente. Hasta una temperatura de aprox. 1200°C, la precisión de los datos _cp determinados es, por lo general, de aprox. +/- 2,5%. Para temperaturas aún más altas, la precisión se reduce. Para verificar los valores medidos, ha resultado favorable medir dos zafiros de masas diferentes, es decir, utilizar un zafiro como patrón y el segundo como muestra. Los resultados deberían corresponder a los valores _cp teóricos del zafiro.