量熱技術

量熱技術

量熱技術是一種從共性的角度,研究如何測量反應熱和輸運熱,以及如何更準確、更簡便地測量的技術。量熱技術是一門套用極為廣泛的技術,無論在現代工業賴以生存和發展的能源動力工程,還是在新興技術領域,或是在人們的日常生活中,都可以感受到它所發揮的巨大作用。現有的量熱儀器主要包括同步熱分析儀、高壓差示掃描量熱儀、微量熱儀、快速掃描量熱儀、自加速量熱儀以及絕熱杜瓦等。詞條對上述量熱儀器均進行了詳細介紹。

基本介紹

  • 中文名:量熱技術
  • 外文名:Calorimetric technique
  • 原理:熱平衡原理
  • 產品:量熱儀
  • 會議:國際量熱會議
  • 領域:熱力工程
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基本介紹

量熱範圍

單一物質:相變熱(熔融熱、汽化熱等)、分解熱;
多種物質:混合熱、化學反應熱。

量熱的熱平衡

熱平衡原理:
熱量積累= 體系放熱- 與環境熱交換
量熱儀的目的:消除其中一項,通過另一項計算放熱速率。

技術重要性

量熱技術在生產和科學研究中的重要性,主要體現在以下四個方面:

普遍性

量熱技術是一門套用極為廣泛的技術,無論在現代工業賴以生存和發展的能源動力工程,還是在新興技術領域,或是在人們的日常生活中,都可以感受到它所發揮的巨大作用。
如:工業爐窯、熱流輸送管道的熱效率評價,化工中各種反應過程的熱變化,電子設備的散熱,石油的熱采技術,火箭的發射和衛星的回收等等,無不有熱問題存在,無不與量熱技術息息相關。新興的生物工程、生命科學、人體科學的研究中,也套用到了量熱技術。

基礎性

量熱技術是工程熱物理研究的基礎,是一切與熱有關的實驗和監測的技術基礎。

開拓性

套用量熱技術可以在許多研究領域做出開拓性的成果,如:歷史上用量熱技術曾精確地測出熱功當量,為推動熱力學的發展做出了開拓性的成果;傅立葉的導熱定律、牛頓的熱交換定律的誕生莫不是以熱實驗為前導。

經濟性

掌握量熱技術並套用於生產和科學研究的各個過程,將在節約能源、提高設備熱效率和發掘新材料、認識新領域等方面帶來極大的經濟效益。

發展簡史

我們的先人在同自然界的鬥爭中知道了冷熱,用自身的感覺器官也能判別物體的冷熱程度,並能利用摩擦的方法生熱取火。在物性的認識方面,也知道了棉花禦寒,取銅鐵做炊具等。但是,量熱技術的真正誕生和發展是在18世紀中期以後。由於蒸汽機的發明和套用,使生產力得以極大地提高,又刺激和推動了量熱技術的發展,同時熱力學也被建立和發展起來。熱力學的理論研究需要實驗驗證,這又促進了量熱技術的發展。
★ 1824年,卡諾提出了卡諾定理和卡諾循環,已經有熱和熱效率的測定。
★ 1840~1851年間,焦耳通過多種多樣實驗,測定了熱功當量。
★ 在熱力學第一定律中,凝聚了量熱技術的結晶。
★ 傳熱學的傳導、對流、輻射三大熱交換定律,其誕生和發展更離不開量熱技術。傳熱學又為量熱技術提供了理論基礎。
★ 作為量熱技術的一個套用——熱分析,不僅成為化學分析的一個重要方法,也是多學科通用的技術。

技術的現狀

由於量熱技術在生產和科學研究中的重要作用,其受到了世界各國的重視。
國際上設有作為IUPAC的物理化學部分的熱化學和熱力學委員會和熱分析學會。許多國家也成立有專業性委員會,我國也成立”中國化學學會化學熱力學和熱分析專業委員會”。
美國在量熱技術上最為活躍,二次大戰後就召開了全國性的卡計會議,以後每年一次,並做了許多工作,如建立溫度標準、研製了標準卡計(冰卡計)、實現測試自動化、數據編集等。
前蘇聯以表面化學的熱研究居長,英國在反應卡計上有所建樹,日本側重於DTA的開發使用。
目前,這方面相關的國際會議主要有:國際量熱會議(The Calorimetry Conference)、國際化學熱力學會議(ICCT)、國際熱分析和量熱會議(ICTAC)。

現有量熱儀

同步熱分析儀

樣品量:1~50mg;
同步熱分析儀同步熱分析儀
靈敏度:2~10W/kg;
溫升範圍:RT~1650℃;
溫升速率:0.1~50℃/min;
氣氛:惰性、反應性;
類型:熱阱,理想熱流;
特點:熱流數據與熱重數據同時記錄;
多種坩堝可選;
可通反應性氣體;

高壓差示掃

樣品量:1~50mg;
高壓差示掃描量熱儀高壓差示掃描量熱儀
靈敏度:2~10W/kg;
溫升範圍:RT~600℃;
溫升速率:0.1~50℃/min;
類型:加熱功率補償,理想熱流;
特點:常壓~15MPa壓力下量熱;
多種坩堝可選;
可通反應性氣體;

微量熱儀

樣品量:0.5~3g;
微量熱儀(C80/C600)微量熱儀(C80/C600)
靈敏度:0.1W/kg;
溫升範圍:RT~300(600)℃;
溫升速率:0.01~2℃/min;
類型:熱阱,理想熱流

快速掃描

樣品量:0.5~3mg;
快速掃描量熱儀(RSD)快速掃描量熱儀(RSD)
溫度精度:0.01℃;
溫升範圍:RT~400℃;
壓力範圍:0~160bars;
溫升速率:0~10℃/min;
類型:熱阱,理想熱流;

自加速量熱儀

樣品量:0.5~3g;
自加速量熱儀(ARC)自加速量熱儀(ARC)
溫度精度:0.01℃;
溫升範圍:RT~500℃;
壓力範圍:0~200bars;
溫升跟蹤速率:20℃/min(標準);100℃/min(快速)
類型:溫度補償絕熱;

絕熱杜瓦

樣品量:100~1000g;
絕熱杜瓦絕熱杜瓦
靈敏度:取決於杜瓦瓶容積和質量;

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