Конструкции калориметров весьма разнообразны и определяются областью температур, при которых производят измерения, количеством измеряемой теплоты и требуемой точностью. Поэтому часто для краткой характеристики калориметров используют названия - "низкотемпературный" (для области Т = 0,1...20К), "для химических реакций", "изотермический", "бомбовый", "адиабатический". В частности, теплоемкость твердых и жидких веществ в области от 0,1 до 1000К измеряют с помощью адиабатических калориметров. Методику измерений определяют три параметра: температура калориметрической системы Tc; температура Т0 оболочки, окружающей калориметрическую систему; количество теплоты Q, выделяемой в калориметре в единицу времени.
В адиабатическом калориметре поддерживается Т0=Tc, для чего предусматривается регулировка температуры оболочки. При комнатной и более низкой температурах адиабатический калориметр, защищенный вакуумной рубашкой, погружают в сосуд Дьюара, содержащий жидкий азот или жидкий гелий, при повышенных температурах - в термостатированную электрическую печь.
Особыми
сложностями отличаются измерения в области Т<3K, где очень значительную роль в теплоемкости
начинают играть электроны проводимости. Уже при комнатной температуре условие
>0,5 выполняется для многих веществ
(см.табл.3.9.1), и поэтому теплоёмкость многих кристаллических и
некристаллических, электропроводящих и диэлектрических тел близка к С »
2,5 Дж/(моль×К), что соответствует закону
Дюлонга и Пти. Отклонения в меньшую сторону наблюдаются лишь для немногих
веществ: например, Аl2O3 с qД = 1035К и для углерода в фазе
алмаза (qД = 2240 К).
В калориметрах любых конструкций, а также в устройствах определения тепловых потоков при изучении теплопроводности и температуропроводности предусматривается необходимость точного измерения температуры конденсированных тел.
В термометрии сегодняшнего дня находят применение:
- стеклянные жидкостные термометры расширения спиртового и ртутного наполнения для фиксирования медленно изменяющейся температуры газов и жидкостей;
- дилатометрические и биметаллические термометры, использующие эффект теплового расширения и пригодные для не слишком точных измерений;
- широко распространенные термоэлектрические термометры (термопары) и термометры сопротивления (последние особенно широко применяются при низкотемпературных измерениях);
- в высокотемпературной области - пирометры излучения или оптические пирометры нескольких конструкций. Их действие основано как на сравнении яркостей свечения исследуемого и эталонного тел, так и на изменении электропроводности вещества датчика под действием потока излучения (болометры).
В компактных устройствах для определения теплофизических параметров образцов веществ небольшого размера используют обычно термопары. Для увеличения полезного сигнала и повышения точности измерения их объединяют в термобатареи и включают по дифференциальной схеме, позволяющей точно фиксировать прирост температуры DТ.
Измерение температуры тел является в любой технологии одним из важнейших элементов, но подробное изложение методов и средств термометрии выходит за рамки данной книги, поэтому рекомендуем читателю специализированный справочник Ф.Линевега.
Отсутствие универсальной теории для надежного определения теплопроводности расчетным путем вынуждает опираться в тепловых инженерных расчетах на данные, полученные экспериментальным путем и приводимые в справочных таблицах, с обязательной характеристикой образца. В основе практически всех методов измерения теплопроводности твердых тел лежит определение количества теплоты, прошедшей через исследуемый образец, причем применение высокопрецизионных устройств типа калориметров в данном случае оказывается пока невозможным. Поэтому точность методов измерения теплопроводности ниже, чем для определения теплоемкости, а в ряде случаев погрешность оказывается не ниже 20%.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.