热容是一种固有的物理特性,可确定按照预先确定量改变物质温度所需的热量。 比热容是指材料的热容除以质量,它决定了将一克的温度提高一摄氏度(或一个开尔文)所需的能量。 这是实现一系列目标(例如:优化技术过程或评估热风险)的非常有用的物理量。 比热容单位通常为焦耳每克开尔文(J / gK)。
计算材料热容时使用下列等式:
cp = q / (m ∙ ∆ T)
其中cp = 比热,m =质量克重, = 损耗或增加的能量,∆T =温度变化
热容是一种固有的物理特性,可确定按照预先确定量改变物质温度所需的热量。 比热容是指材料的热容除以质量,它决定了将一克的温度提高一摄氏度(或一个开尔文)所需的能量。 这是实现一系列目标(例如:优化技术过程或评估热风险)的非常有用的物理量。 比热容单位通常为焦耳每克开尔文(J / gK)。
计算材料热容时使用下列等式:
cp = q / (m ∙ ∆ T)
其中cp = 比热,m =质量克重, = 损耗或增加的能量,∆T =温度变化
物质的比热容与温度有关。 如图所示,蓝宝石的比热容随温度升高而增加,这是大多数物质的典型特征。 水的比热容极高,约为4 J / gK,并且表现出异常行为,最小比热容约为35 °C。
如想了解更多内容,请观看关于通过DSC测定比热容的网上技术交流讲座:
物质 | 矾土 | 铝 | 铅 | 聚苯乙烯 | 水 |
cp(Jg-1K-1) | 0.895 | 0.776 | 0.129 | 1.3 | 4.18 |
关于比热容的详细解释,请参阅我们的《热分析实践操作》手册。
差示扫描量热法(DSC)是许多分析、质量控制与研发实验室采用的多用途测量方法。 此方法用于测量当样品加热、冷却或保持恒温时产生的热流。
DSC易于使用,测量时间短,可达到的精度高达±2%(取决于所使用的特定方法;请参见下一章节),是测定比热容的常用方法。
常规DSC通常可以测量高达700°C的温度。 不过使用梅特勒托利多TGA/DSC还可以在700 °C以上获得准确的结果。
以聚苯乙烯为例,热流曲线与所测温度范围内的比热容成正比。
(按照DIN 51007)
所谓的直接法和蓝宝石方法利用常规DSC仪器和线性温度程序执行。使用传统DSC时,只有一个热流信号(总共)。 但是热容由两个分量组成:显热容(可逆热流)和潜热容(不可逆热流):
cp = cp,显热容+cp,潜热容
潜热容与物理或化学转变有关,例如熔融、结晶或化学反应。 此类热效应在DSC曲线上显示为吸热或放热峰。 因此,潜热容对于吸热效应为正,而对于放热效应为负。
显热容与因分子的重新排列和整体运动吸收的热量有关。 此分量为正。 图中的DSC曲线显示,如果不发生热效应,则显热容与测得的热流量直接相关。 在许多转变中,显热容定义相关峰的基线。
温度调制型DSC(TMDSC)与常规DSC的不同之处在于,它允许将总热量流分为可逆和不可逆热流。 这对于在不同热效应重叠的情况下(例如:玻璃化转变(可逆热流)和焓松弛(不可逆热流)提供准确的比热容数据非常重要。
与常规DSC实验中使用的温度程序相比,温度调制型DSC中使用的温度程序更为复杂。 梅特勒托利多为温度调制型DSC测量提供了三种不同的方法。 现将其最重要的特征归纳如下。
准静态
单一频率
多频与准静态
由于比热与温度有关,因此应当在可用的测量范围内校准(检查)温度。 必要时应当进行调节。 在DSC中,传感器与坩埚以及坩埚与样品之间的热传递是造成不可重现性的最重要原因。 可通过使用DIN 51007标准中建议的方法校准产生的等温漂移。
当使用经过检定的参比物(例如:由LGC(英国)、NIST(美国)或者PTB(德国)提供)对DSC正确校正时,可获得准确的热容数据。 如果使用直接方法,则必须针对所需的温度范围和坩埚正确校正热流。
关于热分析校准以及热流与温度的校正方法,在梅特勒托利多提供的下列资源中作详细解释:
测量质量良好的定量热容数据对于DSC而言是一项高难度任务。 但是,由于DSC仪器随时可用、样品制备简单、测量时间相对较短、准确性良好以及使用商用软件易于评估,因此这是一种常用且有用的方法。
关于获得良好数据的技巧与提示包括:
热容Cp是样品的特性(不受质量影响)。 比热容cp是材料的特性(取决于质量)。
比热容cp为显热容和潜热容之和。
可以使用TGA/DSC在高温范围内测量比热容。