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)
امروزه بسیاری از ما در مورد سطوح خود تمیزشونده میشنویم که در صنایع مختلفی نیز مورد استفاده قرار میگیرند. کشف این خاصیت،از اثر نیلوفری آبی شروع شده است. مدت ها مشاهده شده است که نیلوفر آبی گلی است که به هیچ عنوان کثیف نمیشود(حتی با اینکه در مرداب ها و آبهای گل آلود زندگی میکنند). […]
مبرد، کندانسور، چگالنده یا لوله تقطیر یکی از وسایل پرکاربرد در آزمایشگاه است که معمولا برای خالص سازی مایعات استفاده میشود. در مقاله پیشرو به معرفی مبرد، انواع آن و کاربردهای آن خواهیم پرداخت. مبرد وسیله ای است که به کمک آن، گازها را میعان میکنند. گاز مورد نظر وارد کندانسور شده و با قرارگیری […]
مایعات با نقطه اشتعال کمتر از 60 درجه سانتی گراد (140 درجه فارنهایت) مواد شیمیایی قابل اشتعال در نظر گرفته می شوند. نقطه اشتعال یک ماده شیمیایی دمایی است که در آن بخار ماده شیمیایی میتواند به طور لحظه ای مشتعل شود. الکل ها و حلال های آلی رایج ترین مواد شیمیایی قابل اشتعال هستند […]
ویسکومتر چیست؟ گرانروی یا ویسکوزیته مایعات به تغییر شکل مایعات که بر اثر تنش های کششی یا برشی ایجاده شده، گفته می شود. ویسکومتر که با نام ویسکوزیمتر نیز شناخته می شود، دستگاهی است که برای اندازه گیری گرانروی مایعات از آن استفاده می شود. برای اندازه گیری ویسکوزیته مایعات دستگاه ویسکومتر از یکی از […]