ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Температурные поля Моделирование калориметрических систем из "Точная калориметрия Издание 2 " Интенсивность и скорость теплового процесса, протекающего в калориметре, определяют вид температурной кривой калориметрического опыта. Естественно, что тепловые свойства отдельных частей калориметрической системы также влияют на характер температурного поля. [c.11] Калориметрическая система может быть заключена в изотермическую оболочку. Тогда при неравенстве температуры калориметра и оболочки между ними возникнет теплообмен, который исказит температурную кривую. Температурную поправку на теплообмен необходимо вводить как при точных, так и при технических определениях. [c.11] Наиболее простым для проведения эксперимента является изотермический калориметр, в котором ядро и оболочка в любой момент опыта имеют одинаковую температуру. Однако и в этом случае приходится учитывать практически существующую остаточную разность температур калориметра и оболочки. Чтобы исключить теплообмен с окружающей средой, калориметр заключают в оболочку, в которой поддерживается температура, равная поверхностной температуре калориметра, и, таким образом, теплообмена между ними не происходит. При этом тепло, выделившееся в калориметре в результате физико-химического процесса, не будет теряться, а температурная кривая отразит неискаженный тепловой процесс. На практике не всегда возможно строго соблюдать условия адиабатического процесса. Поэтому на нескомпенси-рованную разность температур калориметра и оболочки следует вводить поправки. [c.11] Наиболее сложным является учет теплообмена калориметра, в котором тепловой процесс протекает с переменной скоростью. На рис. 1 приведены два наиболее типичных случая изменения температуры калориметра при постоянной температуре ti оболочки. Первый случай соответствует такому тепловому процессу, при котором температура во время опыта постоянно остается ниже температуры оболочки (кривые /—1 2). Второй случай характеризуется тем, что температура калориметра вначале ниже температуры оболочки, а затем до конца опыта превышает ее (кривые II—1 2). [c.11] Калориметрический опыт делят на три периода начальный, главный и конечный. Из данных изменения температуры в трех периодах вычисляют количество теплоты, выделившееся в калориметре. [c.11] Период калориметрического опыта, в котором изменение температурного поля определяется выделившейся в системе тепловой энергией, называется главным периодом (на рис. 1 главный период соответствует интервалу времени т/ — То). [c.13] Определение времени окончания главного периода является наиболее трудной задачей в точной калориметрии. Это объясняется тем, что к концу главного периода температура ка,-лориметра изменяется как в результате действия выделившейся тепловой энергии, так и под влиянием теплообмена калориметра с внешней средой. Наиболее распространенным критерием для определения конца главного периода является фиксирование момента времени т = Т/, когда температура калориметра начинает изменяться равномерно с постоянной скоростью, увеличиваясь (кривые I) или уменьшаясь (кривые //). Иногда приходится учитывать тот факт, что в действительности температура в конце главного периода изменяется по экспоненциальному закону. Существуют аналитические способы определения времени окончания опыта. [c.13] Конечным периодом называют период калориметрического опыта, в котором температура изменяется в результате теплообмена калориметра с окружающей средой. Конечный период т Xf) непосредственно примыкает к главному периоду. [c.13] Уравнение (1.1) позволяет вычислить количество теплоты, если известны тепловой эквивалент Я и повышение температуры / — Оо. Это уравнение справедливо для такой калориметрической системы, в которой теплообмен с окружающей средой не происходит. [c.13] Из рис. 1 видно, что для случая I наблюдаемая разность температур превышает действительную разность (АО АГ), и поэтому поправка на теплообмен отрицательна (А 0). Для случая II АО АГ и А 0. Однако для кривых с максимумами (кривые II) соотношение между ДО и ДГ зависит от формы температурных кривых и от продолжительности двух частей опыта, одна из которых охватывает время Тг — То, а вторая т/ — Тг. Если количество теплоты, теряемое калориметром за время т/ — т,, будет больше, чем количество теплоты, получаемое за время Тг — То, то температурная поправка будет положительна (А 0). [c.14] Калориметрическая система представляет собой совокупность разнородных элементов, между которыми происходит теплообмен. Ее можно представить в виде неоднородного ядра, в котором протекает физический или химический процесс выделения (или поглощения) тепла, и оболочки, с которой ядро может обмениваться теплом. Закономерности изменения температур в такой системе тел зависят от многих факторов, важнейщими из которых являются тепловые свойства ядра (теплопроводность, температуропроводность, теплоемкость) и характер тепловых связей между отдельными его элементами, а также между ядром и оболочкой. Калориметрическая система может состоять из газообразных, жидких и твердых тел, поэтому теплообмен между ними будет происходить как путем теплопроводности, так и путем конвекции и излучения. [c.15] Процесс теплообмена между телами путем теплопроводности происходит при условии, если тела соприкасаются друг с другом. Передача тепловой энергии в результате теплопроводности осуществляется в газах, жидкостях и твердых телах. В газах и жидкостях энергия передается при столкновении молекул с различной кинетической энергией. В газах и жидкостях в чистом виде такого явления не наблюдается передача обычно сопровождается конвекцией. В твердых телах тепло переносится главным образом электронами и решет- кой. [c.15] При изучении теплопередачи выделяют части системы, для которых тепловые свойства можно считать одинаковыми. [c.15] Передача тепла излучением осуществляется между поверхностями тел, которые разделены средой, пропускающей это излучение. Она состоит в превращении тепловой энергии тела в тепловое электромагнитное излучение, которое частично поглощается другим телом и превращается в тепловую энергию. В той или иной степени теплообмен излучением наблюдается во всех калориметрических системах. В вакуумных калориметрах теплообмен между ядром и оболочкой протекает по законам лучистого теплообмена. [c.16] Практически в реальных калориметрических системах теплообмен между отдельными частями производится одним или одновременно несколькими способами. Например, теплообмен между ядром и оболочкой, разделенными воздушной прослойкой, будет осуществляться посредством всех перечисленных выше способов, т. е. теплопроводностью, конвекцией и излучением. Если теплообмен ядра необходимо уменьшить, то уменьшают расстояние между ядром и оболочкой, что сводит к минимуму естественную конвекцию. При этом соответственно увеличивается доля теплопроводности и излучения. В калориметрах, предназначенных для определения тепловых эффектов реакций, тепло от бомбы к воде передается главным образом путем вынужденной конвекции (перемешивание воды с помощью мешалки), хотя незначительная доля теплообмена будет приходиться и на теплопроводность. [c.16] Процессы теплообмена описывают с помощью аналитических выражений, отражающих основные виды теплопередачи. [c.16] Общие вопросы теплопередачи, постановка и решение задач теплопроводности для тел и систем тел, которые составляют теплофизическую основу для анализа конкретной калориметрической аппаратуры, изложены в трудах А. В. Лыкова [45], Г. М. Кондратьева [39], Г. Н. Дульнева [22, 25], С. Н. Шори-на [75], Н. А. Ярышева [79] и других [18, 19, 29. 32, 42, 49, 73]. [c.16] Процесс переноса тепла в теле происходит между поверхностями с различной температурой. При этом рассматривают такие поверхности, которые имеют одинаковую температуру (изотермические поверхности). Направление переноса тепла совпадает с направлением нормали к изотермической поверхности и является противоположным градиенту температуры. [c.17] Закон Фурье можно сформулировать следующим образом плотность теплового потока пропорциональна градиенту температуры. Плотность теплового потока — это количество теплоты, проходящее через 1 м изотермической поверхности в 1 с. Размерность плотности теплового потока — Вт/м . [c.17] Вернуться к основной статье