RU2181200C2 - Method of determination of heat capacity of polymers at constant pressure - Google Patents

Method of determination of heat capacity of polymers at constant pressure Download PDF

Info

Publication number
RU2181200C2
RU2181200C2 RU97111254A RU97111254A RU2181200C2 RU 2181200 C2 RU2181200 C2 RU 2181200C2 RU 97111254 A RU97111254 A RU 97111254A RU 97111254 A RU97111254 A RU 97111254A RU 2181200 C2 RU2181200 C2 RU 2181200C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sample
constant
constant pressure
specific heat
polymers
Prior art date
Application number
RU97111254A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97111254A (en
Inventor
В.А. Ивановский
Ю.В. Зеленев
Т.В. Отмахова
Original Assignee
Ивановский Василий Андреевич
Зеленев Юрий Владимирович
Отмахова Татьяна Васильевна
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ивановский Василий Андреевич, Зеленев Юрий Владимирович, Отмахова Татьяна Васильевна filed Critical Ивановский Василий Андреевич
Priority to RU97111254A priority Critical patent/RU2181200C2/en
Publication of RU97111254A publication Critical patent/RU97111254A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2181200C2 publication Critical patent/RU2181200C2/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: specimen is placed in primary transducer located in microcalorimeter and mean-square value of voltage of electrical fluctuations, dielectric constant and coefficient of dielectric losses due to internal electromagnetic field are measured for two moments of heating time and special heat capacity of polymer at constant pressure is calculated. EFFECT: enhanced accuracy of measurements. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при производстве высокомолекулярных соединений, а также для прогнозирования изменения физических свойств полимеров при различных условиях эксплуатации. The invention relates to measuring technique and can be used in the production of macromolecular compounds, as well as to predict changes in the physical properties of polymers under various operating conditions.

Известны способы измерения удельной теплоемкости полимеров при постоянном давлении ( см. Кикоин А.К., Кикоин И.К. Молекулярная физика. - М.: Наука, 1976. - 480 с.). В калориметр помещают исследуемое вещество - образец с намотанным на нем электрическим нагревателем, являющимся в то же время термометром сопротивления, контактирующим с образцом. Образец помещают в оболочку, внутри которой может быть создан высокий вакуум. Не создавая вакуума внутри калориметра с образцом, его помещают в термостат и нагревают до той температуры, при которой должны быть проведены измерения. После этого пространство внутри калориметра откачивают, создавая вакуум и тем самым изолируют образец от термостата. Затем через нагреватель в течение определенного времени пропускают электрический ток, измеряя разность потенциалов на его концах и силу тока в нем. С помощью нагревателя-терморезистора измеряют вызванное действием нагревателя повышение температуры образца и рассчитывают удельную теплоемкость по формуле

Figure 00000002

где m - масса образца, ΔT - изменение его температуры, ΔQ - количество тепловой энергии, подведенной к образцу.Known methods for measuring the specific heat of polymers at constant pressure (see Kikoin A.K., Kikoin I.K. Molecular Physics. - M .: Nauka, 1976. - 480 p.). The test substance is placed in the calorimeter — a sample with an electric heater wound around it, which is at the same time a resistance thermometer in contact with the sample. The sample is placed in a shell inside which a high vacuum can be created. Without creating a vacuum inside the calorimeter with the sample, it is placed in a thermostat and heated to the temperature at which measurements should be taken. After that, the space inside the calorimeter is pumped out, creating a vacuum and thereby isolating the sample from the thermostat. Then, an electric current is passed through the heater for a certain time, measuring the potential difference at its ends and the current strength in it. Using the heater-thermistor, the temperature increase of the sample caused by the action of the heater is measured and the specific heat is calculated by the formula
Figure 00000002

where m is the mass of the sample, ΔT is the change in its temperature, ΔQ is the amount of thermal energy supplied to the sample.

Известный способ имеет недостаток. Об изменении внутренней энергии образца судят по изменению сопротивлении нагревателя, являющегося термометром сопротивления. The known method has a drawback. A change in the internal energy of a sample is judged by a change in the resistance of the heater, which is a resistance thermometer.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ (см. Годовский Ю. К. Теплофизические методы исследования полимеров. - М.: Химия, 1976. - 216 с.), включающий в себя следующие операции. Исследуемый материал известной массы помещают в микрокалориметр, задают режим нагрева, измеряют количество тепловой энергии, подаваемой на образец, и разность температур образца до и после нагрева и по результатам измерений рассчитывают удельную теплоемкость при постоянном давлении по формуле (1). The closest technical solution to the invention is a method (see Godovsky Yu. K. Thermophysical methods for the study of polymers. - M .: Chemistry, 1976. - 216 p.), Which includes the following operations. The studied material of known mass is placed in a microcalorimeter, the heating mode is set, the amount of thermal energy supplied to the sample is measured, and the temperature difference between the sample before and after heating and the specific heat at constant pressure are calculated according to the formula (1).

Недостаток данного способа измерения теплоемкости заключается в том, что оценку изменения внутренней энергии образца производят с помощью термоэлектрических преобразователей, что сопряжено с потерей информации. The disadvantage of this method of measuring the heat capacity is that the change in the internal energy of the sample is estimated using thermoelectric converters, which is associated with the loss of information.

Задачей изобретения является повышение точности измерений. The objective of the invention is to improve the accuracy of measurements.

Поставленная задача решается на основе термоэлектрофлуктуационных измерений. Образец помещают в конденсаторный первичный измерительный преобразователь, расположенный в микрокалориметре, измеряют средний квадрат напряжения электрических флуктуаций, диэлектрическую проницаемость и коэффициент диэлектрических потерь, обусловленные внутренним электромагнитным полем, для моментов времени нагрева t1 и t2, вычисляют удельную теплоемкость полимера при постоянном давлении по формуле

Figure 00000003

где Р - мощность нагрева; t1, t2 - моменты времени, для которых измеряют средние квадраты напряжения электрических флуктуаций
Figure 00000004
диэлектрические проницаемости
Figure 00000005
и коэффициенты диэлектрических потерь
Figure 00000006
m - масса образца; ε0 - электрическая постоянная, kB - постоянная Больцмана; D - диаметр потенциального электрода, d - толщина образца; f - частота, Δf - полоса частот, в которой производят измерения
Figure 00000007

Сущность изобретения заключена в следующем. Поместим полимерный диэлектрик между обкладками конденсатора, образованного дисковыми электродами. Для области частот
hf <<kBТ, (3)
где h=6,63•10-34Дж•с - постоянная Планка;
kB= 1,38•10-23Дж/К - постоянная Больцмана; T - абсолютная температура, средний квадрат напряжения электрических флуктуаций на его зажимах будет равен (см. Высокомолекулярные соединения, сер. А, 1990, т. 32, 7, с. 1560-1563)
Figure 00000008

Диэлектрическая проницаемость
Figure 00000009
и коэффициент диэлектрических потерь
Figure 00000010
определенные без внешнего электрического поля (см. патент РФ по классу G 01 N 27/22, 1746281), отражают энергетическое состояние испытуемого образца полимера при температуре T1. Если повысить температуру образца до T2, то соответственно изменятся ε′ и ε″.
Поэтому
Figure 00000011

Фиксируя время нагрева t1 и t2 при известной мощности P нагрева образца с учетом (1), (4), (5) для удельной теплоемкости полимерного диэлектрика получаем выражение (2).The problem is solved on the basis of thermoelectric fluctuation measurements. The sample is placed in a capacitor primary measuring transducer located in a microcalorimeter, the average square of the voltage of electrical fluctuations, the dielectric constant and the coefficient of dielectric loss due to the internal electromagnetic field are measured for heating times t 1 and t 2 , the specific heat of the polymer at constant pressure is calculated by the formula
Figure 00000003

where P is the heating power; t 1 , t 2 - time points for which the average squares of the voltage of electrical fluctuations are measured
Figure 00000004
dielectric constant
Figure 00000005
and dielectric loss factors
Figure 00000006
m is the mass of the sample; ε 0 is the electric constant, k B is the Boltzmann constant; D is the diameter of the potential electrode, d is the thickness of the sample; f is the frequency, Δf is the frequency band in which measurements are made
Figure 00000007

The invention is as follows. We place a polymer dielectric between the plates of the capacitor formed by the disk electrodes. For the frequency domain
hf << k B T, (3)
where h = 6.63 • 10 -34 J • s - Planck's constant;
k B = 1.38 • 10 -23 J / K is the Boltzmann constant; T is the absolute temperature, the average square of the voltage of electrical fluctuations at its clamps will be equal to (see High-molecular compounds, ser. A, 1990, v. 32, 7, p. 1560-1563)
Figure 00000008

The dielectric constant
Figure 00000009
and dielectric loss coefficient
Figure 00000010
defined without an external electric field (see RF patent for class G 01 N 27/22, 1746281), reflect the energy state of the test polymer sample at a temperature T 1 . If you increase the temperature of the sample to T 2 , then ε ′ and ε ″ will change accordingly.
therefore
Figure 00000011

Fixing the heating time t 1 and t 2 at a known power P for heating the sample, taking into account (1), (4), (5) for the specific heat of the polymer dielectric, we obtain expression (2).

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ измерения удельной теплоемкости полимеров. Исследуемый образец помещают в конденсаторный первичный измерительный преобразователь 1, который представляет собой два дисковых электрода, помещенных в микрокалоримотр. Потенциальный электрод расположен в цилиндрическом экране, на который намотан проволочный нагреватель. Вся конструкция помещается во внешний экран и изолируется от него слоем асбеста. Тепловой режим нагрева задается блоком 2. Средний квадрат напряжения электрических флуктуаций на зажимах преобразователя 1 измеряется с помощью малошумящего усилителя 3 и селективного нановольтметра 4. Контроль температуры в микрокалориметре осуществляется с помощью блока 5. The drawing shows a block diagram of a device that implements the proposed method for measuring the specific heat of polymers. The test sample is placed in a capacitor primary measuring transducer 1, which is two disk electrodes placed in microcalorification. The potential electrode is located in a cylindrical screen on which a wire heater is wound. The whole structure is placed on an external screen and isolated from it with a layer of asbestos. The thermal mode of heating is set by block 2. The average square of the voltage of electrical fluctuations at the terminals of the converter 1 is measured using a low-noise amplifier 3 and a selective nanovoltmeter 4. The temperature in the microcalorimeter is controlled using block 5.

Предлагаемый способ определения удельной теплоемкости полимеров при постоянном давлении позволяет существенно расширить экспериментальные возможности анализа полимерных материалов. The proposed method for determining the specific heat of polymers at constant pressure can significantly expand the experimental capabilities of the analysis of polymer materials.

Claims (1)

Способ измерения удельной теплоемкости полимеров при постоянном давлении, заключающийся в том, что помещают исследуемый материал известной массы в микрокалориметр, задают режим нагрева, измеряют количество тепловой энергии, подаваемой на образец, определяют удельную теплоемкость по результатам измерений, отличающийся тем, что образец помещают в конденсаторный первичный измерительный преобразователь, расположенный в микрокалориметре, измеряют средний квадрат напряжения электрических флуктуаций, диэлектрическую проницаемость и коэффициент диэлектрических потерь, обусловленные внутренним электромагнитным полем, для моментов времени t1 и t2, вычисляют удельную теплоемкость полимера при постоянном давлении по формуле
Figure 00000012

где Р - мощность нагрева;
t1, t2 - моменты времени, для которых измеряют средние квадраты напряжения электрических флуктуаций
Figure 00000013

Figure 00000014
- диэлектрические проницаемости;
Figure 00000015
коэффициенты диэлектрических потерь;
m - масса образца;
ε0 - электрическая постоянная;
kВ - постоянная Больцмана;
D - диаметр потенциального электрода;
d - толщина образца;
f - частота;
Δf - полоса частот, в которой производят измерения
Figure 00000016
A method for measuring the specific heat capacity of polymers at constant pressure, which consists in placing the studied material of known mass in a microcalorimeter, setting the heating mode, measuring the amount of thermal energy supplied to the sample, determining the specific heat according to the measurement results, characterized in that the sample is placed in a condenser a primary measuring transducer located in a microcalorimeter measures the average square of the voltage of electrical fluctuations, dielectric constant and coefficient dielectric loss coefficient due to the internal electromagnetic field, for times t 1 and t 2 , calculate the specific heat of the polymer at constant pressure by the formula
Figure 00000012

where P is the heating power;
t 1 , t 2 - time points for which the average squares of the voltage of electrical fluctuations are measured
Figure 00000013

Figure 00000014
- dielectric constant;
Figure 00000015
dielectric loss factors;
m is the mass of the sample;
ε 0 is the electric constant;
k B is the Boltzmann constant;
D is the diameter of the potential electrode;
d is the thickness of the sample;
f is the frequency;
Δf is the frequency band in which measurements are made
Figure 00000016
RU97111254A 1997-07-02 1997-07-02 Method of determination of heat capacity of polymers at constant pressure RU2181200C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97111254A RU2181200C2 (en) 1997-07-02 1997-07-02 Method of determination of heat capacity of polymers at constant pressure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97111254A RU2181200C2 (en) 1997-07-02 1997-07-02 Method of determination of heat capacity of polymers at constant pressure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU97111254A RU97111254A (en) 1999-06-10
RU2181200C2 true RU2181200C2 (en) 2002-04-10

Family

ID=20194881

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97111254A RU2181200C2 (en) 1997-07-02 1997-07-02 Method of determination of heat capacity of polymers at constant pressure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2181200C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГОДОВСКИЙ Ю.К. Теплофизические методы исследования полимеров. - М.: Химия, 1976, с.216. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Johari et al. Study of the low‐temperature’’transition’’in ice Ih by thermally stimulated depolarization measurements
US4723908A (en) Dielectric probe; method and apparatus including its use
Liu et al. Fast simple and accurate measurement of zeolite thermal conductivity
RU2181200C2 (en) Method of determination of heat capacity of polymers at constant pressure
RU2530441C1 (en) Method for non-destructive control of complex of thermal characteristics of solid building materials and device for its implementation
RU2510491C2 (en) Method of measuring emissivity factor
Garnier et al. A new transient hot-wire instrument for measuring the thermal conductivity of electrically conducting and highly corrosive liquids using small samples
RU2180440C2 (en) Method determining coefficient of thermal conductivity of polymers
RU2598699C1 (en) Method of determining temperature dependence of emissivity factor (versions)
US3680358A (en) Method for determining transition temperature of dielectric
RU2734062C1 (en) Method for measuring heat conductivity of construction materials
Steele et al. AC calorimetry technique. Aplications to liquid helium films and liquid crystals
SU1631385A1 (en) Method of determination of transition temperatures in polyimides
JP3146357B2 (en) Precise measurement method of thermal conductivity of liquid material using short-time microgravity environment
RU2797154C1 (en) Device for creating inhomogeneous temperature field and measuring polarization currents and temperature in it
SU1711104A1 (en) Method of curie temperature measuring for strontium and barium ferrites
RU2018117C1 (en) Method of complex determining of thermophysical properties of materials
RU97111254A (en) METHOD FOR DETERMINING HEAT CAPACITY OF POLYMERS AT CONSTANT PRESSURE
RU2488080C1 (en) Method to measure thermal flow
SU1004838A1 (en) Electroconductive material physical technical property complex measuring method
SU765711A1 (en) Method of measuring heat capacity of a substance
RU2243543C1 (en) Method for comprehensive evaluation of material thermal characteristics
Morabito Thermal conductivity and diffusivity measurements by the transient two linear and parallel probe method
SU855464A1 (en) Method of determination of solid body thermal conductivity
SU1742689A1 (en) Mechanical glass transition temperature measurement technique