Wprowadzenie
Określenie pojemności cieplnej właściwej (Pojemność cieplna właściwa (cp)Pojemność cieplna jest wielkością fizyczną specyficzną dla materiału, określoną przez ilość ciepła dostarczonego do próbki, podzieloną przez wynikający z tego wzrost temperatury. Pojemność cieplna właściwa jest związana z jednostką masy próbki.cp) stali nierdzewnej 1.4301 ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia jej zachowania termicznego w rzeczywistych warunkach pracy. Te podstawowe dane materiałowe są niezbędne do projektowania i optymalizacji procesów termicznych w przemyśle. Typowe obszary zastosowań obejmują inżynierię instalacji i procesów, a także przemysł spożywczy i chemiczny, gdzie stal nierdzewna jest często wykorzystywana jako materiał konstrukcyjny. Znajomość dokładnej zdolności magazynowania ciepła jest szczególnie ważna w zastosowaniach obejmujących cykliczne lub przejściowe obciążenia temperaturowe. Umożliwia to przeprowadzenie bardziej realistycznych Thermal Simulations i poprawia bezpieczeństwo operacyjne i wydajność komponentów.
DSC-cp, oznaczanie
Pojemność cieplna właściwa (Pojemność cieplna właściwa (cp)Pojemność cieplna jest wielkością fizyczną specyficzną dla materiału, określoną przez ilość ciepła dostarczonego do próbki, podzieloną przez wynikający z tego wzrost temperatury. Pojemność cieplna właściwa jest związana z jednostką masy próbki.cp) jest zwykle określana za pomocą DSC metodą pomiaru porównawczego z materiałem referencyjnym (np. zgodnie z normą DIN EN ISO 11357).
Najpierw przeprowadzana jest odpowiednia kalibracja DSC (zwykle kalibracja temperatury). Każde wyznaczenie pojemności cieplnej właściwej materiału obejmuje trzy pomiary: linii bazowej, szafirowej próbki referencyjnej i samej próbki, a następnie może być obliczone zgodnie z następującym równaniem:
Wszystkie pomiary są wykonywane przy określonej szybkości ogrzewania w atmosferze gazu obojętnego, aby zapewnić spójne warunki. Pojemność cieplna właściwa (Pojemność cieplna właściwa (cp)Pojemność cieplna jest wielkością fizyczną specyficzną dla materiału, określoną przez ilość ciepła dostarczonego do próbki, podzieloną przez wynikający z tego wzrost temperatury. Pojemność cieplna właściwa jest związana z jednostką masy próbki.cp) jest określana w zdefiniowanym zakresie temperatur. Niezbędne są stabilne linie bazowe i wysoka powtarzalność warunków pomiarowych.
Podczas pomiaru DSC rejestruje przepływ ciepła w funkcji temperatury. Przy obliczaniu pojemności cieplnej właściwej brana jest pod uwagę ilość energii cieplnej pochłoniętej przez próbkę w porównaniu z materiałem wzorcowym. Przejścia fazoweTermin przejście fazowe (lub zmiana fazy) jest najczęściej używany do opisania przejść między stanem stałym, ciekłym i gazowym.Przejścia fazowe lub reakcje zachodzące w próbce mogą mieć wpływ na ocenę. Przejścia fazoweTermin przejście fazowe (lub zmiana fazy) jest najczęściej używany do opisania przejść między stanem stałym, ciekłym i gazowym.Przejścia fazowe drugiego rzędu, takie jak przejścia szkliste, muszą być zatem brane pod uwagę, podczas gdy Przejścia fazoweTermin przejście fazowe (lub zmiana fazy) jest najczęściej używany do opisania przejść między stanem stałym, ciekłym i gazowym.przejścia fazowe pierwszego rzędu, takie jak procesy topnienia, muszą być wykluczone.
Wynik dostarcza zależną od temperatury pozorną* pojemność cieplną właściwą próbki, która może być wykorzystana do charakterystyki materiału lub dalszych obliczeń termofizycznych. Dokładne warunki pomiaru przedstawiono w tabeli 1.
*Pozorna Pojemność cieplna właściwa (cp)Pojemność cieplna jest wielkością fizyczną specyficzną dla materiału, określoną przez ilość ciepła dostarczonego do próbki, podzieloną przez wynikający z tego wzrost temperatury. Pojemność cieplna właściwa jest związana z jednostką masy próbki. pojemność cieplna właściwa jest terminem w termodynamice, używanym do opisania zachowania termicznego materiałów, które przechodzą przemiany fazowe (np. Temperatury i entalpie topnieniaEntalpia syntezy substancji, znana również jako ciepło utajone, jest miarą nakładu energii, zazwyczaj ciepła, która jest niezbędna do przekształcenia substancji ze stanu stałego w ciekły. Temperatura topnienia substancji to temperatura, w której zmienia ona stan ze stałego (krystalicznego) na ciekły (stopiony izotropowo). topnienie, parowanie) podczas ogrzewania lub chłodzenia.
Tabela 1: Parametry pomiaru DSC
| Głowica pomiarowa | DSC-Pojemność cieplna właściwa (cp)Pojemność cieplna jest wielkością fizyczną specyficzną dla materiału, określoną przez ilość ciepła dostarczonego do próbki, podzieloną przez wynikający z tego wzrost temperatury. Pojemność cieplna właściwa jest związana z jednostką masy próbki.cp urządzenia DSC 500 Pegasus® |
|---|---|
| Piec | Rod |
| Tygiel | Tygiel Pt/Rh z pokrywką (z pokrywą Al2O3) |
| Termopara do próbek | Typ S |
| Gaz płuczący | Ar (70 ml/min) |
| Program temperatury |
|
| Masa próbki | 140.952 mg |
| Wzorzec kalibracyjny | Szafir (83,265 mg) |
Wyniki i dyskusja
Rysunek 1 przedstawia krzywą pomiarową, ilustrującą zależną od temperatury pozorną pojemność cieplną właściwą (Pojemność cieplna właściwa (cp)Pojemność cieplna jest wielkością fizyczną specyficzną dla materiału, określoną przez ilość ciepła dostarczonego do próbki, podzieloną przez wynikający z tego wzrost temperatury. Pojemność cieplna właściwa jest związana z jednostką masy próbki.cp) stali nierdzewnej 1.4301 w zakresie od temperatury pokojowej do około 1550°C. Na początku i podczas ogrzewania (do około 1200°C) materiał wykazuje, zgodnie z oczekiwaniami, w dużej mierze stabilne zachowanie z niewielkim wzrostem wartości Pojemność cieplna właściwa (cp)Pojemność cieplna jest wielkością fizyczną specyficzną dla materiału, określoną przez ilość ciepła dostarczonego do próbki, podzieloną przez wynikający z tego wzrost temperatury. Pojemność cieplna właściwa jest związana z jednostką masy próbki.cp. Zmierzone wartości wahają się od około 0,49 do 0,66 J/(g-K). Wyraźny wzrost krzywej Pojemność cieplna właściwa (cp)Pojemność cieplna jest wielkością fizyczną specyficzną dla materiału, określoną przez ilość ciepła dostarczonego do próbki, podzieloną przez wynikający z tego wzrost temperatury. Pojemność cieplna właściwa jest związana z jednostką masy próbki.cp można zaobserwować od około 1400°C. Transformacja rozpoczyna się w temperaturze około 1418°C, podczas gdy wyraźny efekt EndotermicznyPrzemiana próbki lub reakcja jest endotermiczna, jeśli do konwersji potrzebne jest ciepło.endotermiczny obserwuje się w temperaturze 1477,5°C. Ten ostry pik jest typowy dla przejścia fazowego pierwszego rzędu i wskazuje na proces topnienia materiału. W obszarze reakcji topnienia wymagana jest dodatkowa energia do transformacji ze stanu stałego do ciekłego (ciepło utajone), co znajduje odzwierciedlenie w gwałtownie zwiększonej pozornej wartości Pojemność cieplna właściwa (cp)Pojemność cieplna jest wielkością fizyczną specyficzną dla materiału, określoną przez ilość ciepła dostarczonego do próbki, podzieloną przez wynikający z tego wzrost temperatury. Pojemność cieplna właściwa jest związana z jednostką masy próbki.cp i szerokiej strukturze piku. W zakresie przejścia topnienia, Pojemność cieplna właściwa (cp)Pojemność cieplna jest wielkością fizyczną specyficzną dla materiału, określoną przez ilość ciepła dostarczonego do próbki, podzieloną przez wynikający z tego wzrost temperatury. Pojemność cieplna właściwa jest związana z jednostką masy próbki.cp nie jest jednoznacznie zdefiniowane ze względu na ciepło utajone związane z przejściem fazowym.
Integracja piku daje entalpię transformacji około 232 J/g, reprezentującą energetyczną sygnaturę procesu topnienia. Punkt końcowy transformacji znajduje się w temperaturze około 1482°C, w którym to momencie materiał jest w pełni w stanie ciekłym.
Podsumowanie
Określenie pojemności cieplnej właściwej dostarcza kompleksowych informacji termofizycznych, które mają kluczowe znaczenie dla charakteryzowania materiałów i opracowywania procesów. Kluczową zaletą jest to, że rejestruje pełne zachowanie termiczne w bardzo szerokim zakresie temperatur, w tym w stanie stałym, przemianach fazowych i topnieniu. Umożliwia to tworzenie spójnych zestawów danych dla parametrów takich jak Pojemność cieplna właściwa (cp)Pojemność cieplna jest wielkością fizyczną specyficzną dla materiału, określoną przez ilość ciepła dostarczonego do próbki, podzieloną przez wynikający z tego wzrost temperatury. Pojemność cieplna właściwa jest związana z jednostką masy próbki.cp, entalpia i entalpia topnienia, bez żadnych luk w danych. Co więcej, pomiar do temperatury topnienia umożliwia jednoznaczną identyfikację i kwantyfikację przejść fazowych, w szczególności temperatury topnienia i związanego z nią ciepła utajonego. Jest to szczególnie istotne w przypadku stopów takich jak stal nierdzewna 1.4301. Dane te mogą być bezpośrednio włączone do Thermal Simulations (np. odlewanie lub procesy wysokotemperaturowe), umożliwiając realistyczne modelowanie procesów ogrzewania, topienia i krzepnięcia.
DSC 500 Pegasus® umożliwia precyzyjne pomiary cp w szerokim zakresie temperatur. Ze względu na wysoką czułość systemu i stabilne warunki pomiarowe, termofizyczne właściwości materiału można wiarygodnie określić, nawet w wymagających zastosowaniach wysokotemperaturowych.