Introdução
Determinar a capacidade térmica específica (Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade térmica específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp) do aço inoxidável 1.4301 é fundamental para entender seu comportamento térmico em condições reais de operação. Esses dados fundamentais do material são essenciais para projetar e otimizar os processos térmicos na indústria. As áreas típicas de aplicação incluem engenharia de instalações e processos, bem como os setores alimentício e químico, onde o aço inoxidável é frequentemente usado como material estrutural. O conhecimento da capacidade precisa de armazenamento de calor é particularmente importante em aplicações que envolvem cargas de temperatura cíclicas ou transitórias. Isso permite a realização de um Thermal Simulations mais realista e melhora a segurança operacional e a eficiência dos componentes.
DSC-cp, Determinação
A capacidade térmica específica (Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade térmica específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp) é normalmente determinada usando o DSC por meio de um método de medição comparativa com um material de referência (por exemplo, de acordo com a norma DIN EN ISO 11357).
Primeiro, é realizada uma calibração adequada no DSC (geralmente calibração de temperatura). Cada determinação de capacidade térmica específica de um material inclui três medições: a linha de base, uma amostra de referência de safira e a própria amostra, e pode ser calculada de acordo com a seguinte equação:
Todas as medições são realizadas em uma taxa de aquecimento definida em uma atmosfera de gás inerte para garantir condições consistentes. A capacidade de calor específica (Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade térmica específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp) é determinada em uma faixa de temperatura definida. Linhas de base estáveis e alta reprodutibilidade das condições de medição são essenciais.
Durante a medição, o DSC registra o fluxo de calor como uma função da temperatura. Ao calcular a capacidade térmica específica, é levada em conta a quantidade de energia térmica absorvida pela amostra em comparação com o material padrão. As Transições de faseO termo transição de fase (ou mudança de fase) é mais comumente usado para descrever transições entre os estados sólido, líquido e gasoso.transições de fase ou reações dentro da amostra podem afetar a avaliação. Portanto, as Transições de faseO termo transição de fase (ou mudança de fase) é mais comumente usado para descrever transições entre os estados sólido, líquido e gasoso.transições de fase de segunda ordem, como as transições de vidro, devem ser levadas em conta, enquanto as Transições de faseO termo transição de fase (ou mudança de fase) é mais comumente usado para descrever transições entre os estados sólido, líquido e gasoso.transições de fase de primeira ordem, como os processos de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão, devem ser excluídas.
O resultado fornece a Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade térmica específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.capacidade de calor específico aparente* dependente da temperatura da amostra, que pode ser usada para caracterização do material ou cálculos termofísicos adicionais. As condições exatas de medição são mostradas na tabela 1.
*A Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade térmica específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.capacidade de calor específico aparente é um termo da termodinâmica usado para descrever o comportamento térmico de materiais que passam por Transições de faseO termo transição de fase (ou mudança de fase) é mais comumente usado para descrever transições entre os estados sólido, líquido e gasoso.transições de fase (por exemplo, Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão, evaporação) durante o aquecimento ou o resfriamento.
Tabela 1: Parâmetros de medição DSC
| Cabeçote de medição | DSC-Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade térmica específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp do DSC 500 Pegasus® |
|---|---|
| Forno | Ródio |
| Cadinho | Cadinho de Pt/Rh com tampa (com Al2O3-Liner) |
| Termopar de amostra | Tipo S |
| Gás de purga | Ar (70 ml/min) |
| Programa de temperatura |
|
| Massa da amostra | 140.952 mg |
| Padrão de calibração | Safira (83,265 mg) |
Resultados e discussão
A Figura 1 mostra a curva de medição, ilustrando a Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade térmica específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.capacidade de calor específico aparente dependente da temperatura (Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade térmica específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp) do aço inoxidável 1.4301 na faixa de temperatura ambiente até aproximadamente 1550°C. No início e durante o aquecimento (até aproximadamente 1.200°C), o material apresenta, como esperado, um comportamento amplamente estável com um leve aumento nos valores de cp. Os valores medidos aqui variam de aproximadamente 0,49 a 0,66 J/(g-K). Um aumento distinto na curva de cp pode ser observado a partir de aproximadamente 1400°C. A transformação começa a aproximadamente 1418°C, enquanto um efeito EndotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é endotérmica se for necessário calor para a conversão.endotérmico pronunciado é observado a 1477,5°C. Esse pico acentuado é típico de uma Transições de faseO termo transição de fase (ou mudança de fase) é mais comumente usado para descrever transições entre os estados sólido, líquido e gasoso.transição de fase de primeira ordem e indica o processo de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão do material. Na região da reação de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão, é necessária energia adicional para a transformação do estado sólido para o líquido (calor latente), o que se reflete no valor de cp aparente acentuadamente aumentado e na ampla estrutura do pico. No intervalo de uma transição de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão, o cp não é definido exclusivamente devido ao calor latente associado à Transições de faseO termo transição de fase (ou mudança de fase) é mais comumente usado para descrever transições entre os estados sólido, líquido e gasoso.transição de fase.
A integração do pico produz uma entalpia de transformação de aproximadamente 232 J/g, representando a assinatura energética do processo de fusão. O ponto final da transformação está em torno de 1482°C, momento em que o material está totalmente no estado líquido.
Resumo
A determinação da capacidade térmica específica fornece informações termofísicas abrangentes que são cruciais para a caracterização de materiais e o desenvolvimento de processos. Uma das principais vantagens é que ela captura o comportamento térmico completo em uma faixa de temperatura extremamente ampla, incluindo o estado sólido, as Transições de faseO termo transição de fase (ou mudança de fase) é mais comumente usado para descrever transições entre os estados sólido, líquido e gasoso.transições de fase e a fusão. Isso permite a criação de conjuntos de dados consistentes para parâmetros como cp, entalpia e entalpia de fusão, sem nenhuma lacuna de dados. Além disso, a medição até o Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica).ponto de fusão permite a identificação e a quantificação inequívocas das Transições de faseO termo transição de fase (ou mudança de fase) é mais comumente usado para descrever transições entre os estados sólido, líquido e gasoso.transições de fase, especialmente a Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). temperatura de fusão e o calor latente associado. Isso é especialmente relevante para ligas como o aço inoxidável 1.4301. Esses dados podem ser incorporados diretamente no site Thermal Simulations (por exemplo, processos de fundição ou de alta temperatura), permitindo a modelagem realista dos processos de aquecimento, fusão e solidificação.
O DSC 500 Pegasus® permite medições precisas de cp em uma ampla faixa de temperatura. Devido à alta sensibilidade do sistema e às condições estáveis de medição, as propriedades termofísicas do material podem ser determinadas de forma confiável, mesmo em aplicações exigentes de alta temperatura.