آنالیز گرمایی (Thermal analysis) به روش هایی گفته میشود که مشخصات یا تغییرات مشخصات مواد در اثر حرارت را اندازه گیری میکنند. آنالیز گرمایی واکنشهای مواد در مقابل جریان انرژی حرارتی در داخل یا خارج مواد جامد را بررسی میکند. به این واکنشها تحولات حرارتی میگویند. تحولات حرارتی ممکن در یک ماده جامد را میتوان با افزایش حرارت آن از صفر مطلق (صفر کلوین) مورد بررسی قرار داد. مشخصات قابل تغییر، بعد، جرم، حالت و رفتار مکانیکی هستند. روشهای آنالیز حرارتی نسبتاً سادهاند زیرا تغییر دادن دمای نمونه در مقایسه با بررسی نمونه توسط پرتو ایکس پرانرژی و پرتوهای الکترونی یا یونی در روش های طیف سنجی، از پیچیدگی کمتری برخوردار است. انواع این روش ها عبارتند از : وزن سنجی حرارتی (TGA) ، آنالیز حرارتی افتراقی (DTA) و کالری سنجی روبشی افتراقی (DSC) بیشتر برای بررسی تجزیه مواد از طریق ثبت و ردیابی تغییر جرم آن در اثر دما به کار میرود. DSC و DTA به طور گسترده برای بررسی تغییرات فازی مواد به کار میروند. در جدول زیر روش های متداول آنالیز حرارتی فهرست شده است.
روش | نام اختصاری | اندازه گیری |
وزن سنجی حرارتی | TGA | تغییر جرم |
آنالیز حرارتی افتراقی | DTA | اختلاف دما |
کالری سنجی روبشی افتراقی | DSC | شار حرارتی |
انبساط سنج | – | تغییر طول یا حجم |
آنالیز ترمومکانیکی | TMA | تغییر شکل |
آنالیز مکانیکی پویا | DMA | تغییر شکل |
در صفر مطلق، ماده جامد فاقد هرگونه انرژی حرارتی است، به این معنا که اتمهایش ایستا هستند. هیچ نوع ارتعاش یا گردشی در پیوندهای اتمی آن وجود ندارد. در اثر افزایش دما، انرژی حرارتی جذب شده در ماده جامد موجب افزایش ارتعاشات و گردش پیوندهای اتمی آن میشود. زمانی که میدان نوسان ارتعاشات به سطح مشخصی میرسد، در صورتیکه ماده جامد در محیط خنثی و بیاثر قرار داشته باشد، میتوان شاهد تغییراتی در ماده جامد بود که عبارتند از : تغییر فاز ماده جامد، تبدیل شیشهای، ذوب شدن، تصعید و تجزیه حرارتی.
تغییر فاز ماده جامد برای جامداتی روی میدهد که در دماهای مختلف دارای حالت های بلوری متفاوت است. برای مثال، آهن خالص در زمانی که دما به 912 درجه سانتیگراد میرسد، ساختار بلوری خود را از مکعبی مرکزدار (bcc) به مکعبی سطوح مرکزدار (fcc) تغییر میدهد. در مواد جامد غیربلوری (آمورف)، تبدیل شیشهای رخ میدهد. ماده جامد سخت غیربلوری با افزایش دما ممکن است به ماده جامد لاستیک مانند، تبدیل شود. تبدیل شیشهای یکی از مشخصات مهم مواد پلیمری است. ذوب شدن به معنای تحول ماده از جامد به مایع و تصعید به معنای تحول ماده از جامد به گاز است.
تجزیه حرارتی به تغییر ماده جامدی گفته میشود که دارای بیش از یک نوع اتم یا مولکول است. با افزایش دما، پیوند اتمها به قدری ضعیف میشود که اجزای خاصی از ماده جامد به فضای اطراف آزاد میشود و بقیه اجزاء موجب شکل گیری نوع جدیدی از ماده جامد میشوند. برای مثال، 3CaCO در محدوده دمای مشخصی به CaO جامد و 2CO گازی تجزیه میشود. جدول2 نشان دهنده تحولات حرارتی خاصی است که ممکن است در اثر گرما دادن ماده جامد A در اتمسفر خنثی به وجود آید. جریان گرما بین ماده جامد و فضای اطراف آن در دمای خاص، به عنوان تغییر آنتالپی ( در جدول2 عنوان شده است. تغییر آنتالپی، گرمای جریان یافته به درون یا بیرون ماده جامد را در فشار ثابتی اندازه گیری میکند. به طور معمول، تحولات حرارتی ایجاد شده در فضای دارای فشار ثابت، در دستگاه های آنالیز حرارتی بررسی و آنالیز میشوند.
تحول حرارتی | واکنش | جریان گرما | تغییر جرم در جامد |
تغییر شکل فاز جامد | (جامد β)A (جامد α)A | + یا – | خیر |
انتقال شیشه ای | (لاستیک)A (شیشه)A | خیر | خیر |
ذوب | (مایع)A (جامد)A | + | خیر |
تصعید | (گاز)A (جامد)A | + | بله |
تجزیه حرارتی | (گاز)C + (جامد)B (جامد)A | + یا – | بله |
عاملهای تجربی موثر در نتایج آنالیزهای حرارتی (آنچه باید قبل از انجام آنالیز حرارتی بدانید)
هات پلیت یا هیتر آزمایشگاهی وسیله ای است که برای حرارت دهی در آزمایشگاه ها استفاده میشود. این وسیله به صورت یک صفجه فلزی است که زیر آن المنت قرار دارد و گرم می شود. برخی از این هات پلیت ها همزن مغناطیسی نیز دارند که با استفاده از آنها می توان حین حرارت دادن، […]
ما در تمادکالا امیدواریم همه اعضای جامعه در طول این ایام در حال سپری کردن لحظات خوبی باشند. در این مقاله میخواهیم اطلاعاتی مفید درباره افزایش بهره وری تان در قرنطینه نوروزی ارائه کنیم. ما به عنوان ساکنان شهری که معمولا در فضاهای کوچک زندگی میکنیم، اغلب یاد می گیریم که با بی نظمی و […]
چسب ماده ای است که می تواند باعث چسبندگی دو جسم به یکدیگر شود این ساده ترین تعریف برای چسب است ما در این بخش به بررسی چسب نشاسته می پردازیم. شاید برایتان جالب باشد که بدانید امروزه استفاده از چسب نشاسته بسیار کاربرد دارد و این محصول از دیرباز مورد توجه بوده است در […]
آب اکسیژنه یکی از مواد بسیار پر مصرف در زندگی روزانه است. ماده ای که ممکن است بوی آن برای بسیاری از ما آشنا باشد اما هرگز نام آن را نمی دانستیم. در این مقاله قصد داریم شما را با آب اکسیژنه آشنا کنیم و درباره یکی از بزرگترین کاربردهای آن که ضدعفونی کنندگی است […]