Introduzione
Il ferro puro viene spesso utilizzato come materiale di riferimento e di prova nella scienza dei materiali. Le sue ben note proprietà termofisiche e metallurgiche lo rendono adatto alla convalida dei metodi di misurazione e allo studio delle correlazioni tra microstruttura, magnetismo e comportamento termico.
Oltre alla Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione. capacità termica specificaCapacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione.cp, che varia in funzione della temperatura, riveste particolare interesse la transizione ferromagnetica-paramagnetica alla Temperatura di CurieLa temperatura alla quale si verifica una transizione tra la fase ferromagnetica e quella paramagnetica.temperatura di Curie. Tale trasformazione influenza il comportamento termofisico del ferro e si manifesta come un effetto caratteristico nella curva della capacità termica.
L’ Jupiter® e STA 509 acquisisce simultaneamente segnali termici e gravimetrici tramite DSC-TGA. In combinazione con un sistema magnetico, consente la determinazione precisadi Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione.cp e il rilevamento chiaro della transizione di Curie del ferro puro dal segnale TGA nell’ambito di un’unica misurazione.
Condizioni sperimentali e di misurazione
Le misurazioni sono state effettuate su un campione di ferro utilizzando l’ Jupiter® e STA 509 in atmosfera di argon. La Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione. capacità termica specifica è stata determinata mediante analisi DSCCapacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione.cp, mentre il segnale TGA è stato registrato in parallelo. Per rilevare la transizione di Curie è stato utilizzato un sistema magnetico.
Tabella 1: Parametri di misura STA
| Parametro | Condizione |
|---|---|
| Strumento | STA 509 Jupiter® |
| Testa di misura | Tipo S TGA/DSC |
| Forno | Rodio |
| Crogiolo | Crogiolo in Pt/Rh con coperchio e rivestimentoin Al₂O₃ |
| Atmosfera | Ar con OTS®, 70 ml/min |
| Programma di temperatura |
|
| Massa del campione | 121,871 mg |
| Standard di calibrazione | Zaffiro, 55,203 mg |
Valutazione della capacità termica specifica
La Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione. capacità termica specifica,Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione.cp, viene determinata mediante un metodo comparativo che utilizza un materiale di riferimento, come descritto, ad esempio, nella norma DIN EN ISO 11357. La valutazione richiede tre misurazioni distinte: una misurazione di riferimento, una relativa al materiale standard e una relativa al campione.
È fondamentale che le misurazioni di riferimento e dello zaffiro siano riproducibili, poiché costituiscono la base per il calcolo successivo. Da queste serie di dati si ottiene il valoredi Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione.cp, dipendente dalla temperatura, del materiale in esame. Il risultato fornisce una base per la caratterizzazione del materiale e può essere utilizzato come parametro di input per ulteriori calcoli termofisici.
Contemporaneamente, la misurazione viene effettuata utilizzando l’apparecchiatura magnetica. La combinazione dei segnali TGA e DSC consente di rilevare la trasformazione magnetica in modo particolarmente chiaro e ben documentato.
Risultati e discussione
La Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione. capacità termica specifica misurata del ferro puro mostra inizialmente l’aumento continuo previsto. Fino a circa 700 °C, i valori sperimentali concordano perfettamente con i dati riportati in letteratura. Ciò conferma la qualità della determinazionedella cp e l’idoneità dell’ Jupiter® e STA 509 per le misurazioni termofisiche su materiali metallici.
Nell’intervallo della trasformazione di Curie, la curvadella Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione.capacità termica specifica (cp) presenta un effetto caratteristico attribuito alla transizione ferromagnetica-paramagnetica del ferro. La temperatura di picco è pari a circa 771 °C. Un ulteriore effetto di trasformazione, ovvero la trasformazione allo stato solido α-Fe → γ-Fe, è visibile a 918 °C. Questa Transizioni di faseIl termine transizione di fase (o cambiamento di fase) è più comunemente usato per descrivere le transizioni tra gli stati solido, liquido e gassoso. transizione di fase di secondo ordine produce una variazione marcata nella curva della capacità termica e consente di determinare la temperatura di trasformazione.
Rilevamento indipendente di Curie mediante TGA
La curva TGA è stata registrata contemporaneamente alla misurazionedella cp mediante un sistema magnetico. Nello stato ferromagnetico, il ferro puro interagisce con il campo magnetico applicato. Alla Temperatura di CurieLa temperatura alla quale si verifica una transizione tra la fase ferromagnetica e quella paramagnetica.temperatura di Curie, il ferro passa allo stato paramagnetico e la forza indotta magneticamente che agisce sul campione subisce una variazione brusca. La curva TGA mostra di conseguenza un apparente aumento di massa.
Questo segnale non è causato da una reale variazione di massa. Al di sotto della Temperatura di CurieLa temperatura alla quale si verifica una transizione tra la fase ferromagnetica e quella paramagnetica.temperatura di Curie, il campione viene attratto dal magnete. Al di sopra della Temperatura di CurieLa temperatura alla quale si verifica una transizione tra la fase ferromagnetica e quella paramagnetica.temperatura di Curie, il ferro perde le sue proprietà ferromagnetiche; la forza aggiuntiva non agisce più sul campione e viene registrata come una variazione del segnale TGA.
La temperatura del segnale TGA caratteristico è strettamente correlata alla transizione di Curie nella curvacp. La configurazione magnetica fornisce quindi una conferma indipendente della Transizioni di faseIl termine transizione di fase (o cambiamento di fase) è più comunemente usato per descrivere le transizioni tra gli stati solido, liquido e gassoso. transizione di fase magnetica. In assenza di campo magnetico, non si prevede alcuna variazione di massa rilevante nell’intervallo di temperatura esaminato, poiché il campione viene misurato in un sistema a tenuta di gas in atmosfera inerte, escludendo così processi legati all’OssidazioneL'ossidazione può descrivere diversi processi nel contesto dell'analisi termica.ossidazione o altri processi che comportano variazioni di massa.
Risultati chiave delle misurazioni
I segnalicp e TGA rilevati contemporaneamente consentono un'interpretazione attendibile delle trasformazioni magnetiche e strutturali nel ferro puro.
Accordo sulla bibliografia
Trasformazione di Curie
Trasformazione allo stato solido
Conclusione
L’analisi del ferro dimostra che il sistema STA 509 Jupiter® è in grado di determinare la Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione. capacità termica specifica in modo affidabile e accurato. I valoridi cp misurati concordano perfettamente con i dati riportati in letteratura. Inoltre, la trasformazione di Curie viene rilevata contemporaneamente nella curvadi cp e, grazie alla configurazione magnetica, nella curva TGA.
L’aumento caratteristico del segnale TGA alla Temperatura di CurieLa temperatura alla quale si verifica una transizione tra la fase ferromagnetica e quella paramagnetica.temperatura di Curie è strettamente correlato all’effetto di trasformazione osservabile nella curva della capacità termica. Tale concordanza rende visibile la trasformazione magnetica su due livelli di segnale indipendenti e rafforza la fiducia nell’interpretazione.
Ai fini della caratterizzazione dei materiali, un’adeguata configurazione di misura consente di studiare gli effetti termici e quelli indotti magneticamente nell’ambito di un unico esperimento. Ciò risulta particolarmente rilevante per i materiali a base di ferro e per l’analisi delle trasformazioni magnetiche.
Riferimenti
[1] NETZSCH-Gerätebau GmbH: NETZSCH Proteus® software, “cp Standard – Pure Iron”, dati di riferimento registrati nel 2006, consultati tramite Proteus® l’11 giugno 2026, versione 9.9.0, Selb, Germania.
Dispositivi correlati
Scopra la famiglia di strumenti STA 509 Jupiter® per misurazioni simultanee DSC e TGA nell’ambito della caratterizzazione dei materiali.
Scarica
Scarichi la nota applicativa n. 457 per la descrizione completa della misurazione, i parametri di misurazione, le curveCP e TGA e le informazioni di riferimento.
Documentazione relativa alle applicazioni
Consultate ulteriore documentazione applicativa sull'analisi termica simultanea di metalli e leghe.
