Способ измерения теплоемкости вещества

 

лф,1Фу; ти тс.

С А Н Й- Е < )765711

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Республик (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 30.08 ° 78 (21) 2658600/18-25 (5! ) М. Кл.

G 01 N 25/18 с присоединением заявки РЙ

Гооударстеенный комитет (23) Приоритет

Опубликовано 23.09.80. Бюллетень J% 35 (53) УДК 536.,63 (08 8.8) по аелам нааоретений н открытий

Дата опубликования описания 26.09.80 (72) Авторы . изобретения

А. Г. Комаров, Б. Н. Егоров и В. С. Килессо (7I) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ ВЕЩЕСТВА

Изобретение относится к технике теплофизических измерений и может быть использовано при разработке и исследовании новых материалов.

Известны способы измерения теплоемкости вещества, основанные на измерении теплосодержания образца, нагретого до определенной температуры fl).

Теплосодержание определяется по величине повышения температуры калоримет10 ра, в который помещается образец. Значения теплоемкости могут быть получены путем дифференцирования зависимости теплосодержания от температуры.

Известные способы малопригодны для

l5 изучения небольших тепловых эффектов, поскольку в этом случае резко возрастает погрешность измерения. Кроме того, при быстром охлаждении от высоких температур до комнатной создается неопределенность в фиэическсм состоянии образца, особенно в том случае, если в температурном интервале измерений имели место фаэовые переходы.

Иэ известных способов наиболее близким к предлагаемому является. способ измерения теплоемкости вещества путем подвода к нему теплового потока, измерения мощности этого потока и приращения температуры исследуемого вещества (2$

Недостатком известного способа является сложность проведения измерений иэ-за необходимости создания адиаоатических условий разогрева исследуемого образца. Кроме того, с повышением температуры исследования резко возрастают теплопотери, что влечет за собой повышение погрешности измерения. По этой причине при высоких. температурах исследования (например, при Т 2000 К} о известный способ нельзя считать удовлет ворительным.

Белью изобретения является повышение точности измерения и расширение температурного диапазона. .Для этого в исследуемом веществе изменяют мощность теплового потока на постоянную величину и измеряют соответ

765711 4 ствующее этому изменению стационарное приращение температуры исследуемого вещества и время, релаксации приращения температуры, причем величину изменения мощности выбирают в пределах, обеспечивающих линейную связь между измер . нием мощности и соответствующим приращением температуры, а время изменения мощности устанавливают в 20 100 раз меньше, чем время репаксации приращения температуры, после чего по известным формулам определяют теплоемкость seществр.

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на фиг. 2— график изменения мощности W теплового потока на hW и соответствующего этому процессу изменения приращения температуры at И ) исследуемого вещест ва, Исследуемый образец 1 (например, провод с известным температурным коэффициентом сопротивления или заполненная измеряемым веществом тонкостенная трубка, являющаяся одновременно нагревателем и термометром сопротивления) включен в плечо моста постоянного

Ю тока, который уравновешивается с помощью переменного сопротивления 2. При ,замыкании ключа 3 исследуемый образец получает дополнительную мощность Ь W от источника переменного напряжения 4, которая повышает температуру образца на „(например, на 0,5-1,0 ). Beо личина дополнительной мощности Ь М выбирается такой, которая обеспечивает линейную связь между дополнительной мощностью йМ/ и соответствующим приращением температуры образца. Временная зависимость приращения температуры А®) исследуемого образца регистри» руется измерительным прибором 5 (например, самопишущим потенциометром).

Ввиду небольших приращений температуры А„;,„» и согласно уравнению теплово го баланса ht-K) будет описываться . формулой:

-Ф! Г мак 1

4Ъ 140l KC

Сm о ц где о - время релаксации, — удельная теплоемкость и масса исследуемого образца соответственно. т иC — 7) о35 где С - величина емкости 8, 40

5

Следует отметить, что при замыкании ключа 3 обеспечивается характерное время крутизны фронта ; дополнитед ной мощности hW во много раз меньшее (например, в 20-Ч.ОО раз), чем время релаксации 1.О, это означает, что моЩл ность переключается ступенчато.

Измеряя Ь ь|л С и по формуле (2) меам > о можно определить теплоемкость исследуемого вещества.

Время релаксации с оможно измерить нескодькими методами.

Метод первый. По показаниям самопишущего потенциометра 5 определим

- время достижения приращением о,5 температуры А (Ю величины, равной

0,5 t .Тогда ьо1,443L о,> °

Метод второй. Разомкнем ключ 3, а ключ 6 установим в положение I.

С помощью переменного сопротивления

2 уравновесим мост постоянного тока.

Замкнем ключ 3, а ключ 6 перекинем в положение fl, и переменным сопротивпением 7 выставим показания прибора

5 на ноль. Синхронно переключая ключи

3 и 6 с постоянной частотой (причем при замкнутом ключе 3, ключ 6 находится в положении П), выставим показания прибора 5 на ноль переменной емкостью 8. Тогда

Щ Ъ вЂ” величины сопротивлений 7

7 и 9 соответственно.

Айапогичным образом можно организовать измерение с помощью последовательно соединенных индуктивности и сопротивления.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения теплоемкости веществе, так как в этом случае внешние теплопотери не увеличивают погрешность измерения. В известном способе величина внешних теппопотерь в процентном содержании от мощности теплового потока непосредственно добавляется к погрешности измерения.

Если, например, для вольфрамовой проволо ,ки дцаметром 0,1 мм при Т = 1500. К о

Аы (теплоемкость О, 16,„рд е ппотность

19 ) со степенью черноты Я " О, и при температуре нагрева 1оза 5 с разность температур между исследуемой проволокой и адиабатической оболочкой

765711

5 составляет всего 0,05Р то погрешность измерения, обусловленная теплопотерями, составляет 50%. дальнейшее повышение температуры исследования увеличивает эту погрешность пропорционально

Т, так при Т = 2000 К эта погреш3 о ность составит 120%, что фактически приводит к нецелесообразности применения известного способа для измерения теплоемкости вещества при этих температурах. В предлагаемом способе величина внешних теплопотерь не влияет на результаты измерения и указанная составляющая погрешности отсутствует.

Следовательно, предлагаемый способ по сравнению с извес гным повышает точность измерения и расширяет темп ратурный диапазон исследования. фор мула изобретения

Способ измерении теплоемкости вещества путем подвода к нему теплового потока, измерения мощности этого потока и приращения температуры исследуемого вещества, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности и расширения температурного диапазона, изменяют мощность теплового потока на постоянную величину и измеряют соответствующее этому изменению стационарное приращение температуры исследуемого вещества и время релаксаыии приращения температуры, причем величину

1 изменения мощности выбирают в пределах, обеспечивающих линейную связь между изменением мощности и соответствующим приращением температуры, а время изменения мощности устанавливают в

20-100 раз меньшее, чем время релаксации приращения температуры.

Источники информащ и, принятые во внимание при экспертизе.

l. Крафтмахер Я. А. Исследование при высоких температурах. - Новосибирск, 1966, с. 7.

2. Новиков И. И. и др. Теплофиэические свойства твердых веществ.

М Наука, 1976, с. 109-110 (прототип). ф.

765711

Фиг.2

Составитель А. Платова . Техред А.Ач Корректор Г. Решетник

Редактор Т. Клюкина

Заказ 6496/40

Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4