Коэффициентін өлшеу көлемдік кеңею сұйықтықтарды

Өлшеу көлемдік кеңею коэффициенті сұйықтық болады келесідей. Шыны колба, снабженная тар цилиндрлік мойыны, жүрегі, бауыры (сур. 364), наполняется сыналатын сұйықтықпен дейін белгілі бір таңбалар на шейке. Содан кейін колбаға қыздырады және атап қаншалықты көтерілді сұйықтық деңгейі шейке.

Сур. 364. Өлшеуге арналған аспап коэффициентінің сұйықтың көлемдік кеңею

Егер белгілі бастапқы көлемі ыдыстың қимасының ауданы арнаның шейке колбалар және температураның өзгеруі, онда анықтауға болады, қандай үлесі бастауыш көлемін сұйықтық колбе көшті қыздырғанда в шейку колбалар. Алайда коэффициенті сұйықтықтың кеңеюін көп, осы шама, өйткені бір мезгілде нагрелась және кеңейді өзі колба. Табу үшін коэффициенті сұйықтықтың кеңеюін, осы шамасы қосу көлемдік кеңею коэффициенті шыны. Дегенмен, көлемдік кеңею коэффициенті шыны, әдетте, айтарлықтай аз көлемдік кеңею коэффициентінің сұйық және қатты өлшеу атындағы елемеуге болады. Табл. 4 келтірілген коэффициенттері кеңею кейбір сұйықтықтар .

4-кесте. Көлемдік кеңею коэффициенті кейбір сұйықтықтар

Керосин

Спирт

Эфир

1,0

1,1

1,7

Сұйықтық
Сынап 0,18
200.1. Пикнометр толы спиртпен кезінде және взвешен. Содан кейін ол погружен ыдысқа жылы су бар. Көмегімен сүзгіш қағаз іріктелді сонша спирт үшін оның деңгейі болған бұрынғы таңба, содан кейін пикнометр қайтадан взвешен. Қандай көлемдік кеңею коэффициенті спирт мұндай деректер: бос пикнометр салмағы 321 Н, спиртпен кезінде салмағы 731 Н, спиртпен кезінде салмағы 718 Н? Кеңейту шыны елемеуге.

Өнертабыс саласындағы зерттеулер қасиеттерінің және сұйықтық таба алады қолдану, мұнай-газ, химия өнеркәсібі және т. б.

Коэффициентін анықтау үшін көлемдік жылулық кеңею сұйықтықтың ұяшықты калориметра орналастырады үлгісі зерттелетін сұйықтық және жүзеге асырады сатылы қысымның жоғарылауы ұяшық үлгісі зерттелетін сұйықтық. Кейін әр арттыру қысымды өлшейді жылу ағыны ұяшыққа және көлемі зерттелетін сұйықтық негізінде өлшеу нәтижелерін жылу ағынын ескере отырып, алдын ала белгілі бір тиімді көлемін ұяшықты анықтайды коэффициенті көлемдік жылулық кеңею зерттелетін сұйықтық. Техникалық нәтиже — дәлдігін жоғарылату коэффициентін анықтау жылулық кеңею сұйықтық. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Өнертабыс саласындағы зерттеулер қасиеттерінің және сұйықтық таба алады қолдану әр түрлі салаларында, осындай, мысалы, мұнай-газ және химия өнеркәсібі.

Коэффициенті жылулық кеңею (КТОР немесе α) — бұл физикалық шама сипаттайтын салыстырмалы көлемінің өзгеруі дене артуына байланысты температура бір градус кезінде тұрақты қысым

,

мұндағы V — көлем, T — температура, p — қысым. КТОР бар өлшемі кері температура.

КТОР — маңызды термодинамикалық параметр сипаттайтын қасиеттері сұйықтықтар. Бұл параметр жиі қажет сипаттау үшін модельдер сұйықтықтар пайдаланылатын, мысалы, модельдеу қасиеттері, мұнай-газ кені мұнай индустриясы. КТОР үшін осы сұйықтықтың температураға және қысымға тәуелді. Сол уақытта өлшеу КТОР жиі өткізіледі кезде, атмосфералық қысым және температурада, тиісті талап етілген.

Өлшеу үшін КТОР түрлі әдістері қолданылады: өлшеу, сұйықтықтың тығыздығы кезінде әр түрлі температурада және қысымда кейіннен түсіндірумен өлшеу нәтижелерін (Calado, J. C. G.; Clancy P. Heintz, A. Streett, W. B. Experimental and theoretical study of the equation of state of liquid ethylene. J. Chem. Eng. Data 1982, 27, 376-385), өлшеу жылдамдығы, дыбыстың сұйықтық (Davis, L. A.; Gordon, R. B. Compression of mercury at high pressure, J. Chem. Phys. 1967, 46 (7), 2650-2660). Кемшілігі деректер әдістері болып табылады олардың кіші дәлдігі.

Неғұрлым нақты ақпаратты КТОР алуға арқасында өлшеу көмегімен дифференциалдық сканирующего калориметра (ДСК).

Патентте US 6869214 B2 сипатталған өлшеу әдісі КТОР ерітіндісін сұйықтықтардың көмегімен ДСК. Кемшілігі ұсынылған әдісі болып табылады, онда авторлар ешқалай ескермейді әсері жылу эффектісінің байланысты кеңейтуге материалды ұяшықтар калориметра өлшеу жүргізу кезінде КТОР, сондай-ақ өзгерту тиімді көлемінің ұяшықтың калориметра кезінде қысымды өзгерту барысында өлшеу жүргізу КТОР төмендетеді, анықтау дәлдігі КТОР.

Техникалық нәтижеге жеткен кезде, өнертабыс, жасалады, өлшем дәлдігін көтеру КТОР көмегімен ДСК кезінде әртүрлі қысым мен температура есебінен әсерін есептеу көлемінің өзгеруін зерттелетін сұйықтықтың ұяшықта қысымды жобалыққа.

Қол жеткізу үшін көрсетілген нәтижесіне сәйкес ұсынылатын тәсілімен ұяшыққа калориметра орналастырады үлгісі сұйықтықтың белгілі көлемдік теплоемкостью жүзеге асырады сатылы қысымның жоғарылауы ұяшық үлгісі бар сұйықтық және әрбір қысым өлшейді жылу сыйымдылық үлгідегі сұйықтық есептейді тиімді көлемі ұяшық. Содан кейін ұяшыққа калориметра орналастырады үлгісі зерттелетін сұйықтық және жүзеге асырады сатылы қысымның жоғарылауы ұяшық үлгісі зерттелетін сұйықтық айдау арқылы зерттелетін сұйықтық.

Әрбір өзгерістен кейін қысымды өлшейді жылу ағыны ұяшыққа негізінде өлшеу нәтижелерін жылу ағынын ескере отырып, КТОР материалды ұяшықты және тиімді көлемін ұяшықты анықтайды коэффициенті көлемдік жылулық кеңею зерттелетін сұйықтық.

Дұрыс, әр арттыру қысымды ұяшыққа үлгісі зерттелетін сұйықтық ұстайды дейін тұрақтандыру жылу ағыны.

Коэффициенті α көлемдік жылулық кеңею зерттелетін сұйықтық ретінде анықтайды

,

онда αc коэффициенті көлемдік жылулық кеңею материалды ұяшықты калориметра,

δQ — жылу әсерін айқындайтын кейін әр арттыру қысым

dP — қадамдық өзгерту процесінде қысым әр арттыру қысым

V(p) — тиімді көлемі ұяшық.

Ретінде зерттелетін сұйықтық пайдаланылуы мүмкін, мысалы, мұнай, су, тұз ерітіндісі.

Өнертабыс деп сызбалар, фиг.1-қосымшасында көрсетілген схема типтік дифференциалды-сканирующего калориметра, фиг.2 — профиль температура үлгідегі және жылу ағыны, фиг.3 — өзгерту жылу ағыны және жылу әсері кезінде алынатын ступенчатом қысымды өзгерту, фиг.4 — коэффициенті жылу кеңею Деканның тіркелген температура мен әр түрлі қысым.

Типтік дифференциалды-сканирующий калориметр (қараңыз фиг.1) жабдықталған екі ұяшығы бар, бір — ұяшыққа 1 — орналастырады зерттелетін үлгі. Басқа ұяшық 2 болып табылады ұясы салыстыру және мүмкін байланысты, эксперимент, не қалып бос, немесе сондай-ақ толтырылуы. Ұяшықты оқшаулануына бір-бірінен алшақ орналасқан кезде, бақыланатын температура, ол өзгеруі мүмкін көмегімен қыздырғыштың 3 калориметра. Өлшеу температуралары арасындағы айырма әрбір ұяшық және камера калориметра жүзеге асырылады, әдетте, термопардың көмегімен 4 және 5. Дұрыс калибрлеу калориметра есептеуге мүмкіндік береді айырмашылықты жылу ағынының арасындағы ұяшығы бар калориметра және камера калориметра. Жиынтықтау айырма жылу ағынының уақыт бойынша анықтауға мүмкіндік береді айырмашылықты жылу мөлшерін, выделившегося немесе поглотившегося әрбір ұяшық. ДСК жұмыс істеуге қабілетті әр түрлі температураларда (диапазоны тәуелді моделін калориметра), бұл ретте кейбір ДСК жабдықталуы мүмкін ұяшықтармен жүргізуге мүмкіндік беретін, өлшеу кезінде жоғары қысымда. Өлшеу жүргізу үшін сипатталған өнертабыс қажет біріктіруге ДСК жүйесімен қабілетті құруға бақыланатын қысым ұяшықтарда калориметра. Ретінде мұндай жүйенің пайдаланылуы мүмкін сорғылар әр түрлі, қосарланған датчиктермен қысым мен подсоединенные ұяшықтарына жалғанған калориметра арқылы құбыр қосылыстар.

Сәйкес ұсынылатын әдісімен анықтау КТОР алдындағы зерттеумен үлгідегі жүргізеді калибрлеуді анықтау үшін қалай өзгеретінін көлемі зерттелетін сұйықтықтың ұяшықта кезінде қысымды өзгерту. Үлгісі сұйықтықтың белгілі сипаттамалары бар мұндай, мысалы, н-Гексан (S. L. Randzio, J.-P. E. Grolier and J. R. Quint, J. Thermal Anal., 38 (1992) 1959), орналастырады ұяшыққа 1 калориметра, содан кейін ұяшықта 1 қысым жасайды. Кезінде құрылған қысымда жүргізеді өлшеу жылусыйымдылық үлгідегі. Содан кейін қысым өзгертеді және жүргізеді, қайта өлшеу жылусыйымдылық (қараңыз, мысалы, «Experimental evaluation of procedures for heat capacity measurement by differential scanning calorimetry» Ramakumar K., Saxena M., Deb S. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, V. 66, Iss. 2, 2001, pp.387-397). Әрбір қысымда өлшенген мәні жылусыйымдылық — Cref салыстырады табличными деректері бойынша меншікті жылусыйымдылық үшін осы сұйықтық болған жағдайда, қысым , содан кейін әрбір қысымды есептейді тиімді көлемі ұяшықты (білдіретін тиімді сұйықтықтың көлемі, сату) .

Өлшеу кезінде жылусыйымдылық кезінде әрбір мағынада қысым дәлдігін арттыру үшін жақсырақ пайдалану әдісі, бұл кезде температура үлгідегі өзгереді, сатылы, т. е. екі изотермиялық учаскесінің дейін арттыру температура және одан кейін температураның көтерілуі, оның екінші учаскесі жеткілікті ұзақ және қамтамасыз етеді тұрақтандыруға жылу ағыны (қараңыз фиг.2). Алаң арасындағы қисық жылу ағынының на фиг.2 және базалық сызықпен сәйкес келеді измеряемому жылу тиімділігі.

Кейін калибрлеу ұяшыққа 1 калориметра тазартады, содан кейін орналастырады оның үлгісі зерттелетін сұйықтық. Кейін тұрақтандыру жылу ағыны (әдетте шамамен 2 сағат) көмегімен айдау зерттелетін сұйықтықтың ұяшықты жүргізеді сатылы өзгерту қысым мүмкін. Бұл ретте әрбір өзгерістен кейін қысымды күтеді тұрақтандыру жылу ағынының (осы жерде және бұдан әрі «термині тұрақтандыру жылу ағыны» деп белгілеу стационарлық жылу режимі кезінде жүргізіледі сіңіру немесе жылудың бөлінуі мүмкін, және ол сипатталады нөлдік немесе базалық жылу ағынымен).

Әрбір қадамы үшін қысым бойынша жиынтықтау жылу ағыны (шегере отырып, базалық желісі; базалық сызық — бұл сигнал деңгейі болмаған жағдайда, ықпал — қысым) бағалауға мүмкіндік береді жылу әсері δQ — алаңы ретінде қисығы астындағы жылу ағыны (қараңыз фиг.3). Сәйкес (S. Verdier, S. I. Andersen «Determination of Isobaric Thermal Expansivity of Organic Compounds from 0.1 to 30 MPa at 30°C with an Isothermal Pressure Scanning Microcalorimeter») өлшенетін жылу әсері байланысты КТОР α зерттелетін сұйықтық, КТОР αc материалды ұяшық температурасы T торкөзінде, тиімді көлемі, V(p) ұяшық (яғни, көлемі сұйықтық ұяшық), сондай-ақ қадам өзгерту қысымы dP мынадай:

,

Денесі белгілі көлемі және КТОР орындалуы мүмкін, мысалы, металдан жасалған. Бұл ретте дәлдігін арттыру үшін мүмкіндігінше тауып, бұл дене, сондықтан оны КТОР бір табан жақын болды КТОР зерттелетін үлгінің. Нәтижесі осындай өлшем үшін әрбір зерттелінген температура болып табылады профиль өзгерістер КТОР қысымға байланысты (қараңыз, мысалы, фиг.4).

Ретінде сұйықтықтарды пайдаланылуы мүмкін кез келген сұйықтық, атап айтқанда, мұнай, су немесе тұз ерітіндісі.

1. Коэффициентін анықтау тәсілі көлемдік жылулық кеңею сұйықтық, оған сәйкес:
— үлгісі сұйықтықтың белгілі көлемдік теплоемкостью орналастырады ұяшыққа калориметра,
— жүзеге асырады сатылы қысымның жоғарылауы ұяшық үлгісі бар сұйықтықтың белгілі көлемдік теплоемкостью және әрбір қысым өлшейді жылусиымдылық осы үлгідегі сұйықтық есептейді тиімді көлемі ұяшық
— ұяшыққа калориметра орналастырады үлгісі зерттелетін сұйықтық

Дилатометр тұрады шыны колбалар мен капиллярдың белгілі радиусы r, тіркелген жоғарыдан колбалар. Сұйықтық деңгейін өлшеу капилляре өлшенеді миллиметр. Ол кезінде жоғарылайды көлемдік кеңейту сұйықтық, ол кезде тұрақты қыздыру шыны колбалар су моншасында. Деңгейін өзгерту сұйықтықтың h сәйкес келеді көлемін өзгерту:

ΔV=πr2*Δh, (II)

мұндағы r=(1.5± 0.08)мм

Алайда, қандай есебі жылулық кеңейту ең дилатометра. Бұл кеңейту противодействует деңгейін өзгерту сұйықтық. Осылайша, көлемінің өзгеруі сұйықтық болады:

ΔV0= ΔV+ ΔVD (III)

онда көлемінің өзгеруі ΔVD:

ΔVD=γD* V0*и. м., (IV)

γD= 0.84*10-4 К-1

(I) (III) (IV) коэффициенті көлемді кеңейту табылуы мүмкін:

c = (1/V0)*(ΔV/Ду) + γD (V)Үйкеліс коэффициенті алады, измеряя күші возникающую қозғалысы кезінде бір бетінің басқа. Білу үйкеліс коэффициентін үшін өте маңызды көптеген қосымшалар, мысалы, өндіру кезінде еден жабындарын. Оның статикалық және динамикалық үйкеліс коэффициенті.Егер белгілі бастапқы көлемі ыдыстың қимасының ауданы арнаның шейке колбалар және температураның өзгеруі, онда анықтауға болады, қандай үлесі бастауыш көлемін сұйықтық колбе көшті қыздырғанда в шейку колбалар. Алайда коэффициенті сұйықтықтың кеңеюін көп, осы шама, өйткені бір мезгілде нагрелась және кеңейді өзі колба. Табу үшін коэффициенті сұйықтықтың кеңеюін, осы шамасы қосу көлемдік кеңею коэффициенті шыны. Дегенмен, көлемдік кеңею коэффициенті шыны, әдетте, айтарлықтай аз көлемдік кеңею коэффициентінің сұйық және қатты өлшеу атындағы елемеуге болады. Табл. 4 келтірілген коэффициенттері кеңею кейбір сұйықтықтар .