Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК)

http://msd.com.ua/metody-issledovaniya-struktury-i-svojstv-polimerov/differencialnaya-skaniruyushhaya-kalorimetriya/

Дифференциальная сканирующая калориметрия – метод, весьма схожий с ДТА, но лишенный отмеченно­го выше недостатка. В этом методе фиксируется зависимость теплового по­тока, требуемого для поддержания одинаковыми темпе­ратуры образца и эталона, от температуры. Кривая ДСК по форме такая же, как и в методе ДТА, но по площади пиков достаточно точно количественно рассчитываются тепловые эффекты.

Характерными чертами ДСК являются наличие индивидуальных нагревателей для калориметрических камер образца и эталона, а также используемый принцип сбалансированного нуля. При проведении испытаний образец помещают в тигель, который устанавливают в калориметр на термопару. Параллельно контрольный тигель без образца помещают на другую термопару. В электрическую цепь нагре­вателя введены контуры средней и дифференциальной температур. Первый обеспечивает изменение температуры образца и эталона с заданной программным устройством постоянной скоростью, а второй – при воз­никновении в образце эндо- или экзо-эффектов устраняет путем авто­матической регулировки силы тока нагревателя различие в темпера­турах образца и эталона, поддерживая температуру камеры образца всегда равной температуре камеры эталона. Количество теплоты в единицу времени, т. е. необходимый для этого тепловой поток (или "тепловая мощность"), фиксируется как функция от температуры.

 

Термогравиметрический анализ (ТГА)

Термогравиметрия – метод исследования и анализа, основанный на регистрации изменения массы образца в зависимости от его температуры в условиях программированного изменения температуры среды. Естественно, что этим методом можно исследовать только такие процессы, в которых образуются газообразные вещества, легко удаляемые из исследуемого материала. ТГ-анализ широко используется в исследовательской практике для определения температуры деградации полимеров, влажности материалов, доли органических и неорганических компонентов, входящих в состав исследуемого вещества, точки разложения взрывчатых веществ и сухого остатка растворенных веществ.

Термоанализатор состоит из высокоточных весов с тиглями (как правило, платиновыми), которые размещаются в камере небольшой электропечи. В непосредственной близости от образца, например, под донышком тигля, находится контрольная термопара, с высокой точностью измеряющая температуру. Камера печи может заполняться инертным газом для предотвращения окисления или иных нежелательных реакций. Для управления измеряющей аппаратурой и снятия показаний используется компьютер.

Возможны два способа проведения термогравиметрического эксперимента: изотермический, т.е. при постоянной температуре печи, и наиболее распространенный – динамический, т.е. при изменении температуры печи во времени (обычно при постоянной скорости нагрева). В результате получают кривые зависимости изменения массы Dm образца (термогравиметрическая кривая) либо скорости изменения массы (дифференциальная термогравиметрическая кривая) от времени или от температуры.

Оценивая результаты термографических испытаний, нужно иметь в виду, что протекание реакций в пробе зависит от многочисленных факторов, которыми в итоге определяются химические и физические превращения, а их влияние может быть настолько различным, что выделение тождественности встречает затруднения.

Термомеханический анализ (ТМА), дилатометрия

Термическое (тепловое) расширение изменение линейных размеров и формы тела при изменении его температуры. Основной закон теплового расширения гласит, что тело с линейным размером L {\displaystyle L} в соответствующем измерении при увеличении его температуры на {\displaystyle \Delta T} Δ Т расширяется на величину Δ L {\displaystyle \Delta L}, равную:

Δ L = αL Δ T,

где α — так называемый коэффициент линейного теплового расширения

.

Тепловое расширение жидкостей и газов при постоянном давлении характеризуется изобарным коэффициентом расширения (объёмным коэффициентом теплового расширения)

.

Раздел физики изучающий данное свойство, называется дилатометрией.

Тепловое расширение тел учитывается при конструировании всех установок, приборов и машин, работающих в переменных температурных условиях.

{\displaystyle \Delta L=\alpha L\Delta T}В общем случае анизотропных тел

х, у, z определяется симметрией кристалла. Для кристаллов кубической системы и для изотропных тел

У ряда твердых материалов (кварц, инвар и другие) коэффициент α мал и практически постоянен в широком интервале температур.

При T → 0 коэффициент α → 0.

 

Рис.? Зависимость потенциальной энергии межатомного вз-ствия U (r) от межъядерного расстояния r. Е – глубина потенциальной ямы, r ₀ – равновесное межатомное расстояние.

 

Для пары атомов зависимость потенциальной энергии их взаимодействия от расстояния атомами в общем случае имеет вид, представленный на рис?. Устойчивое состояние этой пары возникает при сближении атомов на определённое расстояние r ₀, отвечающее минимуму потенциальной энергии.

В твердых телах (в том числе кристаллах) атомы находятся в постоянном тепловом движении, сводящемся преимущественно к колебаниям около положений равновесия. В результате полная энергия атомов будет больше потенциальной энергии их взаимодействия на величину кинетической энергии их колебаний (штриховая линия на рис.?). При этом из-за несимметричности кривой U (r) среднее расстояние между атомами окажется несколько больше r ₀. Чем выше температура, тем больше энергия колебаний, тем больше межатомное расстояние, что и обусловливает тепловое расширение твердых тел.