第三章热分析

第三章热分析

一、教学目的

理解掌握差热分析、热释光谱分析的基本原理，掌握差热曲线的判读及影响因素，掌握热释光谱分析，了解差热分析仪的结构，了解热重分析和示差扫描量热分析。

二、重点、难点

重点：差热分析、热释光谱分析基本原理、差热曲线的判读。

难点：差热曲线的判读。

三、教学手段

多媒体教学

四、学时分配

4 学时

第一节概述：

一、三种基本、常用性能测试手段

X 射线物相分析、电子显微分析与热分析（材料分析三大手段）

1. --------------------------------- X射线衍射物相分析物相、结构等

2. --------------------------------- 电子显微分析形貌、成分微区分析、结构、位错等

3.热分析：专门分析加热或冷却过程发生的变化（物理、化学变化）

①过程分析

②动态

二、热分析及热分析方法

（一）热分析：

把根据物质的温度变所引起的性能变化（热能量，质量，结构，尺寸等）来确定状态变化的分析方法，统称为热分析。

（二）热分析主要方法

1.热重分析法

把试样置于程序可控加热或冷却的环境中，测定试样的质量变化对温度或时间作图的方法。记录称为热重曲线，纵轴表示试样质量的变化。

2.差热分析

把试样和参比物（热中性体）置于相同加热条件，测定两者温度差对温度或

时间作图的方法。记录称为差热曲线

3.示差扫描量热法

把试样和参比物置于相同加热条件，在程序控温下，测定试样与参比物的温度差保持为零时，所需要的能量对温度或时间作图的方法。记录称为示差扫描量热曲线。

4?热机械分析(形变与温度的关系)

5?热膨胀法

在程序控温环境中测定试样尺寸变化对温度或时间作图的一种方法。纵轴表示试样尺寸变化，记录称热膨胀曲线。

第二节差热分析：(Differential Thermal Analysis) (DTA)是材料科学研究中不可缺少的方法之一。

试样参比物

差热分析原理示意图

如图所示：

1?在样品库中分别装入被测试样和参比物。

2.插入两支相同的热电偶。

3.将两支热电偶的其同极接在一起-一构成示差热电偶，其温度电动势为：

E AB=k/e (T1-T 2) Ln n eA/m eB (3—1)

式中：E AB——示差电动势

K ---- 波尔兹曼常数

e ——电子电荷

T I ,T 2-----试样和参比物(两热电偶热端温度)

n eA ,m eB ----- 两金属A B 中的自由电子数

1. 电炉在程序控制下均匀开温：

① 当试样无任何物理化学变化时

T I =T 2 E AB =0记录仪上为一条平行于横坐标的直线 ——基线。

② 当试样发生吸热反应时：T 2

③ 当试样发生放热反应时：T 2>T I E AB

综上所述：试样物花变化 一热效应一与参比物温差一示差热电偶记录一差 热曲线

记录系统

三、差热分析方法测试条件

1、试样要求：

① 参比物要求

△整个测温范围内无热效应。

△比热和导热系数比试样接近

△粒度：100— 300 目筛(150— 50pm)

常用：a L 2O 3

② 试样要求：

△粉末一过100-300目筛

△装填密度与参比物相近

△稀释试样一用参比物

2测试条件

① 升温速率：1~10 C /min

② 走低速度：升温温度 10C /min 时 为30cm/h

③ 热点偶选择：〈1000 C 镍路一镍铝

〉1000 C PT — Pt 90Rh

④ 试样座和参比物座的分辨率：

△热物体接近某一热电偶： 指针 左偏 ——参比物座（试样吸热） 右偏——试样座 二、差热分析

仪：

加热炉 温度程序控制系统 差热系统 样品座 示差热电偶

△ 乙醇 .乙醚——与上相反

四：差热曲线的判读及影响因素

（一）、差热曲线的判读

1.基线漂移：

产生：C r^C T s^T 所以△ T=T S-T R

△T：△T=（C r-C s）/V{1-exp（-k/C s）} （3-2）

基线位置：

（△ T）a=（C r-C s）/K V

式中：△ T――试样与参比物温差（K）

C r——参比物热容（J/K）

C s――试样温度（J/K）

V――升温速度「C /min） K――比例常数与仪器有关讨论：△: （△ T）a 与V成正比

△ : （△ T）a与K成反比

2 转变点的确定

①差热曲线的特征

构成 =基线 +吸热峰（放热峰）

基线△ T=0 （有漂移）吸热峰（放热峰）

②差热曲线上转变点的确定

根绝国际热分析协会对大量试样测验的结果认定：曲线=开始偏离极限那点

的切线与曲线最大斜率切线的交点――最接近于热力学平衡温度。因此外推法确定差热曲线上反应温度的起始点或转变点。

外推法：曲线开始偏离基线的切线与曲线最大斜率切线的交点。转变点的意义：反应起始温度点

峰值温度点反应完成温度点 3.反应速度的判定同一升温速率下：峰形陡：反应速度快峰行缓：反应速度慢

（二）影响差热曲线形态的因素

1.加热速度：

慢：峰形：宽平滞后小

快：峰形：尖长滞后大

根据传热性质、热容、反应速度、试样座传热性质、仪器灵敏度、走纸速度

等因素,选择加热速率。

一般：入小C大所以 V 慢

2.压力和气氛：

①压力：减小：分解温度降低低温移动

增大：分解温度升高高温移动

②气氛：不同气氛反应不同——温度不同

例：Cd （OH） 2 3.试样的粒度

粒度大——热峰温度偏高，温度范围较高要求粒度 10—50mm

4.晶体结构

水的结构状态不同，失水温度和曲线形态不同

5.阳离子电负性、离子半径

①阳离子电负性/,脱水温度\

②阳离子半径脱水温度\

6.氢氧离子浓度（脱结构水）

结构中OH-（换算成出0的百分含量）浓度脱水温度/

五、差热分析在定量工作中的应用

确定混合物中的单矿物含量特别有效

六、差热分析技术的发展

微量差热分析：1灵敏度分辨率高◎试样量与反应峰面积间有良好的线性关

系。

5 影响差热曲线的因素有哪些？

第三节热重分析（TGA）

在程序控温下,测量物质的质量随温度变化的一种技术。

一、热重分析仪基本结构：

精密天平加热炉温控单元

二、原理：

物质加热过程中会在某温度发生分解、脱水、氧化、还原和升华等物化变化而出现质量变化，其质量变化的温度和质量变化百分数随物质的结构及组成而异。

第四节示差扫描量热分析（DSC）

在程序控温下，测量输给试样和参比物的能量差（功率差或热流差）随温度或时间变化的一种技术。

一、功率补偿型DSC ：在试样和参比物容器下各装有一组补偿。

当出现温差（AT时：

试样吸热，补偿放大器使试样热丝电流增大；至△ T=0 试样放热，则使参比物热丝

分析化学作业01参考答案(第三章)

3-1 在进行农业实验时，需要了解微量元素对农作物栽培的影响。如果从实验田中挖一小铲泥土试样，送化验室测定，由此试样所得的分析结果有无意义？应该如何正确采样？（简答） 答：取样没有代表性，分析结果没有意义。应按随机取样的原则，在实验田的不同位置采集足够量的原始试样，混合均匀后送至化验室，经化验室人员粉碎、过筛、混匀、缩分至适当量后再进行分析。 3-2 现有粗碎后的试样20 kg ，将其破碎后全部通过10号筛（d=2 mm ），可以缩分几次？设K 值为0.2。 解：kg 8.022.0Kd Q 22=?=≥缩分 ()()次缩分样品 46.42lg /8.0lg 02lg 2lg /Q lg lgQ n ==-=-= 3-3 测定某试样中氮的质量分数时，六次平行测定的结果分别是20.40%、20.52%、20.54%、20.58%、20.50%和20.56%。（1）计算该组数据的平均值、极差、平均偏差、相对平均偏差、标准偏差和变异系数；（2）若此样品为标准样品，其中氮的含量为20.46%，计算以上测定结果的绝对误差和相对误差。 解：（1）%52.20n /x x i == ∑ %18.0%40.20%58.20R =-= %04.0n /x x d i =-=∑（0.043%）；%2.0%100x /d =?（0.19%） ()()%06.01n /x x s 2 i =--=∑（0.064%）；%3.0%100x /s =?（0.31%） （2）%06.0x E a =μ-=；%3.0%100/E E a r =?μ=（0.29%） 注意：本题中偏差和误差按修约规则应保留1位，但多保留1位也可以。 3-4 分析过程中出现下列情况会造成哪种误差或过失？若是系统误差应如何消除？ （a ）分析试剂中含有微量待测组分（系统误差；空白试验或更换为高纯度试剂） （b ）移液管转移溶液后尖嘴处残留量稍有不同（随机误差） （c ）称量过程中天平零点略有变动（随机误差） （d ）基准物质保存不当，结晶水部分风化（系统误差；更换基准物） （e ）用NaOH 标准溶液测定某食醋试样总酸度时，碱式滴定管未用NaOH 标准溶液润洗（过

传热学 第3章-非稳态导热分析解法

第三章 非稳态导热分析解法 1、 重点内容：① 非稳态导热的基本概念及特点； ② 集总参数法的基本原理及应用； ③一维及二维非稳态导热问题。 2、掌握内容：① 确定瞬时温度场的方法； ② 确定在一时间间隔内物体所传导热量的计算方法。 3、了解内容：无限大物体非稳态导热的基本特点。 许多工程问题需要确定：物体内部温度场随时间的变化，或确定其内部温度达某一极限值所需的时间。如：机器启动、变动工况时，急剧的温度变化会使部件因热应力而破坏。因此，应确定其内部的瞬时温度场。钢制工件的热处理是一个典型的非稳态导热过程，掌握工件中温度变化的速率是控制工件热处理质量的重要因素；金属在加热炉内加热时，要确定它在炉内停留的时间，以保证达到规定的中心温度。 §3—1 非稳态导热的基本概念 一、非稳态导热 1、定义：物体的温度随时间而变化的导热过程称非稳态导热。 2、分类：根据物体内温度随时间而变化的特征不同分： 1）物体的温度随时间的推移逐渐趋于恒定值，即：const t =↑τ 2）物体的温度随时间而作周期性变化 1）物体的温度随时间而趋于恒定值 如图3-1所示，设一平壁，初值温度t 0，令其左侧的 表面温度突然升高到1t 并保持不变，而右侧仍与温度为 0t 的空气接触，试分析物体的温度场的变化过程。 首先，物体与高温表面靠近部分的温度很快上升， 而其余部分仍保持原来的t 0 。 如图中曲线HBD ，随时间的推移，由于物体导热温 度变化波及范围扩大，到某一时间后，右侧表面温度也 逐渐升高，如图中曲线HCD 、HE 、HF 。 最后，当时间达到一定值后，温度分布保持恒定， 如图中曲线HG （若λ=const ，则HG 是直线）。 由此可见，上述非稳态导热过程中，存在着右侧面 参与换热与不参与换热的两个不同阶段。 （1）第一阶段（右侧面不参与换热） 温度分布显现出部分为非稳态导热规律控制区和部分为初始温度区的混合分布，即：在此阶段物体温度分布受t 分布的影响较大，此阶段称非正规状况阶段。 （2）第二阶段，（右侧面参与换热） 当右侧面参与换热以后，物体中的温度分布不受to 影响，主要取决于边界条件及物性，此时，非稳态导热过程进入到正规状况阶段。正规状况阶段的温度变化规律是本章讨论的重点。

第三章 热分析习题-201410

第三章热分析习题 3-1名词解释 热重分析、差热分析、差示扫描量热仪、动态热机械分析、潜热、显热、玻璃化转变温度、比热、热容、热对称性、热惯性 3-2列举一种电子天平的主要技术指标。 3-3影响热重曲线的主要因素？试推导热重仪器中表观增重与气体密度的关系：已知一体积为V、恒重后的物体置于加热炉中，T 温度下物体周围气体的密 度为ρ ，计算表观增重ΔW（温度T时的重量与初始重量之差）与试样温度 T的关系ΔW=F（V，ρ 0，T ，T）。根据所推导的表观增重公式说明影响表观增 重的因素。 3-4差热曲线基线方程的表达式中，各参数的物理含义？影响差热曲线基线的主要因素？ 3-5放热或吸热的量与差热峰面积的关系？ 3-6题图3-6为高聚物材料的典型DSC曲线。标示出高聚物材料DSC曲线上主要的变化过程及相应的特征温度。 题图3-6 高聚物材料的典型DSC曲线 3-7从试样的差热曲线上可获得哪些信息？ 3-8如何利用试样的DSC曲线判断矿石中含β-SiO 2 ？ 3-9有一石灰石矿，其粉料的TG-DSC联合分析图上可见一吸热谷，其T onset 为880℃，所对应的面积为360×4.184J/g，对应的TG曲线上失重为39.6%，计算：①该矿物的碳酸钙含量？（碳酸钙分子量为100.9）②碳酸钙的分解温度？③单位质量碳酸钙分解时需吸收的热量？ 3-10题图3-10为一金属玻璃的DSC曲线。根据DSC曲线，指出该金属玻璃在加热过程中经历的玻璃化转变及析晶过程所对应的特征温度或温度范围。

题图3-10 某金属玻璃的DSC 曲线 3-11快速凝固的化学组分为Al 87Ni 7Cu 3Nd 3金属材料的XRD 、DSC 分析结果分 别见题图3-11。请根据分析结果初步判断是否是金属玻璃，并写出判断依据。该金属玻璃的Tg 为多少度？该金属玻璃经不同的温度（见图中所标）热处理1小时后，随热处理温度的升高晶相种类和组成如何变化？ 金属材料DSC 结果图 不同温度热处理1小时后金属材料的XRD 图 题图3-13 3-12 Mn 3O 4原料在空气氛下的热重曲线如图2，由图可见350℃~900℃温升范围内，增重 3.37%。分析加热过程中原料所发生的物理化学变化，计算900℃时可能的化学式，写出相应的化学反应方程。哪些热事件加热过程会发生增重现象？（Mn 原子量5 4.95） □Al ■Al 3Ni ○Al 11Nd 3 ●Al 8Cu 3Nd

第三章非稳态导热分析解法

第三章非稳态导热分析解法 本章主要要求： １、重点内容： ① 非稳态导热的基本概念及特点； ② 集总参数法的基本原理及应用； ③ 一维及二维非稳态导热问题。 2 、掌握内容： ① 确定瞬时温度场的方法； ② 确定在一时间间隔内物体所传导热量的计算方法。 3 、了解内容：无限大物体非稳态导热的基本特点。 许多工程问题需要确定：物体内部温度场随时间的变化，或确定其内部温度达某一极限值所需的时间。如：机器启动、变动工况时，急剧的温度变化会使部件因热应力而破坏。因此，应确定其内部的瞬时温度场。钢制工件的热处理是一个典型的非稳态导热过程，掌握工件中温度变化的速率是控制工件热处理质量的重要因素；金属在加热炉内加热时，要确定它在炉内停留的时间，以保证达到规定的中心温度。 §3—1 非稳态导热的基本概念 一、非稳态导热 1 、定义：物体的温度随时间而变化的导热过程称非稳态导热。 2 、分类：根据物体内温度随时间而变化的特征不同分： 1 2 ）物体的温度随时间而作周期性变化 如图 3-1 所示，设一平壁，初值温度 t 0 ，令其左侧的表面温 度突然升高到 并保持不变，而右侧仍与温度为 的空气接触，试分 析物体的温度场的变化过程。 首先，物体与高温表面靠近部分的温度很快上升，而其余部分仍 保持原来的 t 0 。 如图中曲线 HBD ，随时间的推移，由于物体导热温度变化波及范 围扩大，到某一时间后，右侧表面温度也逐渐升高，如图中曲线 HCD 、 HE 、 HF 。 最后，当时间达到一定值后，温度分布保持恒定，如图中曲线 HG （若 λ=const ，则 HG 是直线）。 由此可见，上述非稳态导热过程中，存在着右侧面参与换热与不参 与换热的两个不同阶段。 （ 1 ）第一阶段（右侧面不参与换热） 温度分布显现出部分为非稳态导热规律控制区和部分为初始温度区的混合分布，即：在此阶段物体温度分布受 t 分布的影响较大，此阶段称非正规状况阶段。 （ 2 ）第二阶段，（右侧面参与换热） 当右侧面参与换热以后，物体中的温度分布不受 to 影响，主要取决于边界条件及物性，此时，非稳态导热过程进入到正规状况阶段。正规状况阶段的温度变化规律是本章讨论的重点。 2 ）二类非稳态导热的区别：前者存在着有区别的两个不同阶段，而后者不存在。 3 、特点； 非稳态导热过程中，在与热流量方向相垂直的不同截面上热流量不相等，这是非稳态导热区别于稳态导热的一个特点。

第三章 热分析

第三章热分析 一、教学目的 理解掌握差热分析、热释光谱分析的基本原理，掌握差热曲线的判读及影响因素，掌握热释光谱分析，了解差热分析仪的结构，了解热重分析和示差扫描量热分析。 二、重点、难点 重点：差热分析、热释光谱分析基本原理、差热曲线的判读。 难点：差热曲线的判读。 三、教学手段 多媒体教学 四、学时分配 4学时 第一节概述： 一、三种基本、常用性能测试手段 X射线物相分析、电子显微分析与热分析（材料分析三大手段） 1.X射线衍射物相分析----物相、结构等 2.电子显微分析-----形貌、成分微区分析、结构、位错等 3.热分析：专门分析加热或冷却过程发生的变化（物理、化学变化） ①过程分析 ②动态 二、热分析及热分析方法 （一）热分析： 把根据物质的温度变所引起的性能变化（热能量，质量，结构，尺寸等）来确定状态变化的分析方法，统称为热分析。 （二）热分析主要方法 1.热重分析法 把试样置于程序可控加热或冷却的环境中，测定试样的质量变化对温度或时间作图的方法。记录称为热重曲线，纵轴表示试样质量的变化。 2.差热分析 把试样和参比物（热中性体）置于相同加热条件，测定两者温度差对温度或

时间作图的方法。记录称为差热曲线。 3.示差扫描量热法 把试样和参比物置于相同加热条件，在程序控温下，测定试样与参比物的温度差保持为零时，所需要的能量对温度或时间作图的方法。记录称为示差扫描量热曲线。 4.热机械分析（形变与温度的关系） 5.热膨胀法 在程序控温环境中测定试样尺寸变化对温度或时间作图的一种方法。纵轴表示试样尺寸变化，记录称热膨胀曲线。 第二节差热分析：（Differential Thermal Analysis）（ＤＴＡ） 是材料科学研究中不可缺少的方法之一。 一、差热分析的基本原理 差热分析原理示意图 如图所示： 1.在样品库中分别装入被测试样和参比物。 2.插入两支相同的热电偶。 3.将两支热电偶的其同极接在一起-----构成示差热电偶，其温度电动势为： E AB=k/e (T1-T2) Ln n eA/m eB (3---1) 式中：E AB-----示差电动势 K------波尔兹曼常数

第三章非稳态导热分析解法

第三章非稳态导热分析解法 本章主要要求： １、重点内容：①非稳态导热的基本概念及特点； ②集总参数法的基本原理及使用； ③一维及二维非稳态导热问题。 2 、掌握内容：①确定瞬时温度场的方法； ②确定在一时间间隔内物体所传导热量的计算方法。 3 、了解内容：无限大物体非稳态导热的基本特点。 许多工程问题需要确定：物体内部温度场随时间的变化，或确定其内部温度达某一极限值所需的时间。如：机器启动、变动工况时，急剧的温度变化会使部件因热应力而破坏。因此，应确定其内部的瞬时温度场。钢制工件的热处理是一个典型的非稳态导热过程，掌握工件中温度变化的速率是控制工件热处理质量的重要因素；金属在加热炉内加热时，要确定它在炉内停留的时间，以保证达到规定的中心温度。 §3—1 非稳态导热的基本概念 一、非稳态导热 1 、定义：物体的温度随时间而变化的导热过程称非稳态导热。 2 、分类：根据物体内温度随时间而变化的特征不同分： 1 ）物体的温度随时间的推移逐渐趋于恒定值，即： 2 ）物体的温度随时间而作周期性变化 如图 3-1 所示，设一平壁，初值温度 t 0 ，令其左侧的表面温 度突然升高到 并保持不变，而右侧仍和温度为 的空气接触，试分 析物体的温度场的变化过程。 首先，物体和高温表面靠近部分的温度很快上升，而其余部分仍 保持原来的 t 0 。 如图中曲线 HBD ，随时间的推移，由于物体导热温度变化波及范 围扩大，到某一时间后，右侧表面温度也逐渐升高，如图中曲线 HCD 、 HE 、 HF 。

最后，当时间达到一定值后，温度分布保持恒定，如图中曲线 HG （若λ=const ，则 HG 是直线）。 由此可见，上述非稳态导热过程中，存在着右侧面参和换热和不参 和换热的两个不同阶段。 （ 1 ）第一阶段（右侧面不参和换热） 温度分布显现出部分为非稳态导热规律控制区和部分为初始温度区的混合分布，即：在此阶段物体温度分布受 t 分布的影响较大，此阶段称非正规状况阶段。 （ 2 ）第二阶段，（右侧面参和换热） 当右侧面参和换热以后，物体中的温度分布不受 to 影响，主要取决于边界条件及物性，此时，非稳态导热过程进入到正规状况阶段。正规状况阶段的温度变化规律是本章讨论的重点。 2 ）二类非稳态导热的区别：前者存在着有区别的两个不同阶段，而后者不存在。 3 、特点； 非稳态导热过程中，在和热流量方向相垂直的不同截面上热流量不相等，这是非稳态导热区别于稳态导热的一个特点。 原因：由于在热量传递的路径上，物体各处温度的变化要积聚或消耗能量，所以，在热流量传递的方向上。 二、非稳态导热的数学模型 1 、数学模型 非稳态导热问题的求解规定的 { 初始条件，边界条件 } 下，求解导热微分方程。 2 、讨论物体处于恒温介质中的第三类边界条件问题 在第三类边界条件下，确定非稳态导热物体中的温度变化特征和边界条件参数的关系。 已知：平板厚 2 、初温 to 、表面传热系数 h 、平板导热系数，将 其突然置于温度为的流体中冷却。 试分析在以下三种情况：<<1/h 、>>1/h 、=1/h 时，平板中温度场 的变化。 1 ） 1/h<< 因为 1/h 可忽略，当平板突然被冷却时，其表面温度就被冷却到，随着时

第三章_热分析

1第三章热分析技术 2第一节：热分析的定义与分类 第二节：常用热分析基本原理第三节：热分析技术的应用 3 第一节热分析的定义与分类 1.定义： 在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度之间关系的一类技术，统称热分析技术。 有哪些物理性质？ 4 2.种类 （1）热重分析（TGA ） 在程序控制温度下，测量物质的质量随时间或温度变化的一种技术。 （2）差热分析（DTA ） 在程序控制温度下，测量物质与参比物的温度差随时间或温度变化的一种技术。 5 （3）差示扫描量热分析（DSC ） 在程序控制温度下，测量输入到试样和参比物的功率差与温度之间关系的一种技术。（4）热机械分析（TMA 、DMA ） 在程序控制温度下，测量物质的膨胀系数、弹性模量和粘性模量等与温度之间关系的一种技术。 Q:假如测金属熔点和物质的比热容分别用什么方法？ 6 1.热重分析（TGA ） TGA 的基本原理就是在程序温度控制下，采用热天平连续称量物质的重量(质量)，获得重量随温度（或时间）变化的关系曲线，并由此分析物质可能发生的物理或化学的变化。这条曲线就叫热重曲线。 第二节常用热分析基本原理

7Time min 26.00 24.0022.0020.0018.0016.0014.00 12.0010.008.006.00D T A u V 250.0 200.0 150.0100.0 50.0 0.0 T G % 0.0 -20.0 -40.0 -60.0 -80.0 -100.0 T e m p ℃ 900.0 800.0 700.0 600.0 500.0 400.0 300.0 200.0 100.0 TGA Weight % Curve Sample Thermocouple Signal DTA Signal 61.5% 8热重平台：在热重曲线中，质量保持不变的 台阶，叫热重平台。 失重阶梯：在热重曲线中，失重平台之间质量变化的部分叫失重阶梯，也叫失重台阶。 微分热重曲线(DTG)：对热重曲线进行一级微分，得到的曲线就叫微分热重曲线。 9 100100200300400500600700800 60 70 80 90 1000 150 300 450 405 252 194 DTG (ug/min) R e l a t i v e W e i g h t (%) Temperature (o C) CMA precursor DTG TG 11 失重一般都是由于分解、脱水、挥发、还原等引起的，但也有少数TG 过程是增重的，如金属Cu 粉的氧化过程。根据增重的多少可以判断上去多少氧，估算平均价态的升高。 12 (1) 实验条件的影响 a. 样品盘的影响 b. 挥发物冷凝的影响 c. 升温速率的影响 d. 气氛的影响(2) 样品的影响 a. 样品用量的影响 b. 样品粒度的影响 影响热重分析的因素

第三章 热分析习题-20091102

第三章 热分析习题 3-1名词解释 热重分析、差热分析、差示扫描量热仪、动态热机械分析、潜热、 显热、玻璃化转变温度、比热 3-2 影响热重曲线的主要因素？试推导热重仪器中试样表观增重与气体密度的关系：已知一体积为V、恒重后的物体置于加热炉中，T0温度下物体周围气体的密度为ρ0，计算表观增重ΔW（称重与初始重量之差）与试样温度T的关系ΔW=F（V，ρ0，T0，T）。根据所推导的表观增重公式说明影响表观增重的因素。 3-3电子秤的主要技术指标。 3-4差热曲线基线方程的表达式中，各参数的物理含义？影响差热曲线基线的主要因素？ 3-5放热或吸热的量与差热峰面积的关系？ 3-6题图3-6为高聚物材料的典型DSC曲线。标示出高聚物材料DSC曲线上主要的变化过程及相应的特征温度。 题图3-6 高聚物材料的典型DSC曲线

从试样的差热曲线上可获得哪些信息？ 3-8如何利用试样的DSC曲线判断矿石中含β-SiO2？ 3-9有一石灰石矿，其粉料的TG-DSC联合分析图上可见一吸热谷，其T onset为880℃，所对应的面积为360×4.184J/g，对应的TG曲线上失重为 39.6%，计算：①该矿物的碳酸钙含量？（碳酸钙分子量为100.9）②碳 酸钙的分解温度？③单位质量碳酸钙分解时需吸收的热量？ 3-10题图3-10为一金属玻璃的DSC曲线。根据DSC曲线，指出该金属玻璃在加热过程中经历的玻璃化转变及析晶过程所对应的特征温度或温度范围。 题图3-10 某金属玻璃的DSC曲线 3-11快速凝固的化学组分为Al87Ni7Cu3Nd3金属材料的XRD、DSC分析结果分别见题图3-11。请根据分析结果初步判断是否是金属玻璃，并写出判断依据。该金属玻璃的Tg为多少度？该金属玻璃经不同的温度

第三章 热分析习题-20091102答案

比热:是单位质量的物体改变单位温度时吸收或释放的能量. 热重分析：用来测量在一定气氛条件和程序控温下样品重量随温度变化的方法。 玻璃化转变温度：二级相变。宏观上是指聚合物由玻璃态转变为高弹态的特征温度，在微观上是高分子链段开始运动的温度。 显热：在恒压和恒容不作非体积功的条件下，仅因系统温度改变而与环境交换的热称为显热。 潜热：在一定温度、压力下系统发生相变时与环境交换的热。 TG 热重分析:用来测量在一定气氛条件下程序控温下样品质量随温度变化的一组方法。把试样的质量作为时间或温度的函数记录分析，得到的曲线称为热重曲线。 DSC 差示扫描量热仪:示差扫描量热法是把试样和参比物置于相等的温度条件,在程序控温下,测定试样与参比物的温度差保持为零时,所需要的能量对温度或时间作图的方法.记录称为示差扫描量热曲线. DTA 差热分析:差热分析是把试样和参比物,(热中性体)置于相等的温度条件,测定两者的温度差对温度或时间作图的方法.曲线向下是吸热反应,向上是放热反应. DMA 动态热机械分析:其基本原理是在程序控温下,测量物质在震动负荷下,动态模量和力学损耗和温度关系的一种方法. 影响差热曲线的因素:外因由仪器结构、操作及实验条件等引起，内因指试样本身的热特性。外因：加热速度；试样的形状、称量及填装，压力和气氛的影响；试样力度的影响。 差热分析定量的原理：根据斯伯勒公式，测出装置常数k 和反应峰面积即可求出ΔH ，而ΔH 是与试样特性有关的转变热、熔化热和反应热，从而就可确定反应物质的名称及含量。 热重分析仪：热重分析，静法（把试样在各给定的温度下加热至恒量，然后按质量温度变化作图）和动法（在加热过程中连续升温和称重，按质量温度变化作图）。静法优点是精度较高，能记录微小的失重变化；缺点是操作繁复，时间较长。动法的优点是能自动记录，可与差热分析法紧密结合，有利于对比分析；缺点是对微小的质量变化灵敏度较低。 3-2 影响热重曲线的主要因素？试推导热重仪器中试样表观增重与气体密度的关系。根据所推导的表观增重公式说明影响表观增重的因素。 答：影响热重曲线的主要因素包括：1 仪器因素（1）浮力和对流(2)挥发物的再凝集(3)坩埚与试样的反应及坩埚的几何特性2实验条件(1)升温速率(2)气氛的种类和流量3.试样影响 （1）试样自身的结构缺陷情况、表面性质(2)试样用量(3)试样粒度 表观增重（ΔW ）：ΔW =W T -W 0,W T ——对应于T 温度下的质量； W 0 ——对应于T 0温度下的质量ΔW=Vg （ρρ-0）= V 0ρg （1- T 0/T ）;V ——受浮力作用的（在加热区）试样盘和支撑杆的体积；0ρ——试样周围气体在T 0时的密度；T ——测试时某时刻的温度（K ）。 影响表观增重的因素: V 、0ρ、T 。 3-3 Cahn 秤的主要技术指标。 答：Cahn 秤主要技术指标：灵敏度（0.1μg ）；最大称重（5g ）；漂移（小于0.1μg/h ） 3-4差热曲线基线方程的表达式中，各参数的物理含义？影响差热曲线基线的主要因素？ 答：(△T)a 就是差热曲线基线方程：(△T)a=K C C S R -V 式中，K ——与仪器灵敏度有关的仪器常数t ——时间,V ——升温速度,Cs ——试样比热,Cr ——参比样比热. 可见影响（△T ）a 的因素有Cs 、Cr 、V 和K 。可见①程序升温速度V 值恒定，才可能获得稳定的基线；②Cs 和Cr 越接近，（△T ）a 越小，选用参比物时，应使其热容尽可能与试样相近；③在程序升温过程中，如果试样的比热有变化，（△T ）a 也在发生变化；④程序升温速率V 值越小，（△T ）a 也越小。 3-5放热或吸热的量与差热峰面积的关系？ 答：放热或吸热的量与差热峰面积成正比关系 3-7从试样的差热曲线上可获得哪些信息？ 答：差热曲线上可获得两个基本信息：1 试样吸放热所发生的温度；2 试样吸收或放出的热量的大小。据此，可以获得试样的晶型转变温度、熔融温度、氧化分解温度、玻璃化转变温度及相应热效应的大小。 3-8如何利用试样的DSC 曲线判断矿石中含β-SiO 2？ 在获得的试样DSC 曲线上，如果存在573℃的晶型转变放热峰，基本可说明含有β-SiO 2。