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量熱法
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量熱法是測(cè)量各種過(guò)程中所涉及的熱量和熱容量(例如,化學(xué)反應(yīng)熱、相變潛熱等)的方法。實(shí)際測(cè)量中,大多數(shù)情況是測(cè)量系統(tǒng)吸收熱量后溫度的變化。常溫下的測(cè)量用等溫量熱計(jì)或非等溫量熱計(jì)。測(cè)量溫度不同的物體相互接觸時(shí)吸收或放出的熱量,用非等溫量熱計(jì)量出其溫度變化的數(shù)值。

研究對(duì)象

直接測(cè)定恒容過(guò)程熱效應(yīng)和恒壓過(guò)程熱效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法稱為量熱法。量熱法是熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)基本方法。通常能直接測(cè)定的熱效應(yīng),有物質(zhì)的熱容、溶解熱、稀釋熱、中和熱和燃燒熱等,測(cè)定這些熱效應(yīng),還可求算某些化合物的生成。物質(zhì)變化過(guò)程中的熱量值,在化工設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)際中都有重要意義,熱效應(yīng)的數(shù)據(jù)常用于計(jì)算平衡常數(shù)和其他熱力學(xué)量。熱力學(xué)第一定律是量熱測(cè)定的基礎(chǔ),熱量測(cè)量的設(shè)計(jì)原理是:在絕熱條件下,將被測(cè)物質(zhì)置于某一量熱體系中進(jìn)行反應(yīng),它的熱效應(yīng)使體系的溫度升高或降低,測(cè)量反應(yīng)前后溫度的變化△丁及體系的熱容C,根據(jù)熱力學(xué)第一定律即可計(jì)算反應(yīng)的熱效應(yīng)。

量熱法所研究的對(duì)象,是在具體過(guò)程中所發(fā)生的能量變化,它通常以熱的形式存在。熱是人們從遠(yuǎn)古以來(lái)就常見(jiàn)的現(xiàn)象,但是對(duì)于熱的本質(zhì),直到1840年左右還沒(méi)有弄明白。十八世紀(jì)末葉,大多數(shù)科學(xué)家接受了熱質(zhì)論。熱質(zhì)論將熱看作一種假想流體,在熱傳導(dǎo)過(guò)程中,它由熱物體流向冷物體,由熱物體失去的熱質(zhì)的量等于冷物體獲得的量。這種理論認(rèn)為熱質(zhì)的總量在所有過(guò)程中守恒,因而當(dāng)物體在高溫時(shí)所含的熱比冷卻下來(lái)后所含的熱要多。英國(guó)科學(xué)家焦耳在1840年進(jìn)行了一系列有關(guān)熱-功轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn),證明物體由于受熱面發(fā)生的變化,在沒(méi)有熱量傳遞的情況下通過(guò)對(duì)物體作機(jī)械功也同樣能發(fā)生。最典型的實(shí)驗(yàn)便是對(duì)液體用攪拌的方法,使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,也可使液體的溫度升高,此過(guò)程中并沒(méi)有熱質(zhì)流入液體。Jouler的實(shí)驗(yàn)結(jié)果宣告了熱質(zhì)論的破產(chǎn),證明了熱與功一樣,都是能量的一種形式。熱和功是可以相互轉(zhuǎn)換的,并測(cè)定出熱—功當(dāng)量的具體數(shù)值。在焦耳工作的基礎(chǔ)上,德國(guó)科學(xué)家Helmhohz于1847年首次明確地提出能量守恒原理,即熱力學(xué)第一定律

熱力學(xué)第一定律的建立使人們對(duì)于熱的本質(zhì)具有更清晰、更正確的認(rèn)識(shí)。根據(jù)熱力學(xué)第一定律,熱是當(dāng)不同物體之間因有溫度的差別而進(jìn)行交換或傳遞的能量,只有當(dāng)存在溫度差時(shí),才有熱的傳遞。如果物體之間溫度相等,則沒(méi)有熱量的傳遞,熱只在被傳遞的過(guò)程中存在,因而熱是一種過(guò)程量。一個(gè)物體在熱的時(shí)候比在冷的時(shí)候具有更多的能量,而不能說(shuō)具有更多的熱量。

被研究的系統(tǒng)若經(jīng)歷了某一過(guò)程,從一種狀態(tài)(始態(tài))變化到另一種狀態(tài)(末態(tài)),系統(tǒng)與周圍環(huán)境之間多少都有能量的交換,使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變化。系統(tǒng)與環(huán)境之間所交換的能量,有熱(因溫差的存在而傳遞的能量)和功(其他途徑所傳遞的能量)兩種形式。而熱量計(jì)則是用來(lái)測(cè)量這種能量變化的儀器。

熱量計(jì)于十九世紀(jì)末已經(jīng)開(kāi)始得到應(yīng)用。它是研究各種過(guò)程中能量變化的有效手段,熱量計(jì)在科學(xué)研究及工業(yè)應(yīng)用技術(shù)等領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用,而且,其本身也正在不斷地改進(jìn)和完善,在熱量計(jì)的發(fā)展過(guò)程中,采用了許多先進(jìn)的現(xiàn)代技術(shù),使其變得更精確、更靈敏,應(yīng)用范圍更廣泛。

原理

根據(jù)熱力學(xué)第一定律,系統(tǒng)中內(nèi)能的變化等于對(duì)外界所做的功,在恒容條件下,其絕熱功為;在恒壓條件下,。系統(tǒng)的內(nèi)能U和焓H都是不可能測(cè)定的量,但是系統(tǒng)從狀態(tài)1到狀態(tài)2之間的內(nèi)能差ΔU和焓差ΔH可以用量熱的方法測(cè)得。

量熱是使欲測(cè)定的反應(yīng)在熱容量已知的儀器-量熱計(jì)中進(jìn)行,從反應(yīng)過(guò)程中量熱計(jì)溫度的變化來(lái)量度反應(yīng)的熱效應(yīng),即將熱當(dāng)量K乘以溫度變化值,由此就可直接得出反應(yīng)的熱效應(yīng)()。因此,要測(cè)量的量是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溫度的變化Δt和量熱計(jì)的熱當(dāng)量K,另外還需要準(zhǔn)確地確定參加反應(yīng)的物質(zhì)的數(shù)量和狀態(tài)。

近代量熱方法的基本原理,主要是在一個(gè)量熱計(jì)內(nèi),將一定量物質(zhì)在化學(xué)變化或物理變化中所吸收或放出的熱量,與一定量電能或已知反應(yīng)放出的熱量相比較,此原理可用上圖來(lái)說(shuō)明。圖中A代表量熱計(jì)的初態(tài),溫度為。B代表量熱計(jì)的末態(tài),溫度為 。設(shè)一反應(yīng)為放熱反應(yīng),當(dāng)一定量物質(zhì)在量熱計(jì)內(nèi)反應(yīng)后,量熱計(jì)的溫度由初態(tài)升至末態(tài),放出熱量為Q,則:

因?yàn)榻娔軠y(cè)量能夠達(dá)到很高程度的準(zhǔn)確性,為了測(cè)定量熱計(jì)熱當(dāng)量尺,在同一量熱計(jì)中輸入一定量的電能使量熱計(jì)溫度由同一初態(tài) 升到同一末態(tài) 。

上述量熱原理,同樣適用于吸熱反應(yīng),此時(shí),只是在反應(yīng)進(jìn)行時(shí)不斷輸送一定量電能,使量熱計(jì)的溫度始終保持不變。則當(dāng)反應(yīng)完了后,所輸入的電能就等于反應(yīng)吸收的熱量,其原理如下所示:

量熱計(jì)

量熱法所用的主要儀器是熱量計(jì)。熱量計(jì)的種類很多,從不同的角度出發(fā),對(duì)熱量計(jì)可進(jìn)行不同的分類。

從研究對(duì)象而言,熱量計(jì)可分為兩大類:一類是測(cè)量有化學(xué)反應(yīng)過(guò)程熱效應(yīng)的熱量計(jì);另一類則是測(cè)量無(wú)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的物理過(guò)程熱效應(yīng)的熱量計(jì)。第二類熱量計(jì)最廣泛的用途是測(cè)量各種物質(zhì)在不同溫度范圍的熱容和焓變。焓變的測(cè)量中還包括各種相變潛熱,如揮發(fā)、熔解以及固體的晶形轉(zhuǎn)變等等,這些相變一般都可以認(rèn)為是在可逆條件下進(jìn)行的。對(duì)于純物質(zhì),若測(cè)定出其從低溫到高溫范圍的焓變和熱容,由這些熱數(shù)據(jù)可以直接汁算出物質(zhì)的規(guī)定焓和規(guī)定墑[shāng]。反應(yīng)熱量計(jì)的研究對(duì)象是有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的系統(tǒng)。凡在熱量汁中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)均為不可逆過(guò)程,因而,這類熱量計(jì)通常只能測(cè)得化學(xué)反應(yīng)的焓變或內(nèi)能的變化,只有某些熱量計(jì)(如滴定熱量計(jì))才可能在合適的范圍內(nèi),通過(guò)對(duì)熱譜曲線的處理,求算出反應(yīng)的Gibbs自由能和墑的變化。反應(yīng)熱量計(jì)所研究的化學(xué)反應(yīng)包括:固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)物質(zhì)的燃燒反應(yīng)、液—液相反應(yīng)、氣體或固體在液體中的溶解熱,液體物質(zhì)的混和熱等,現(xiàn)代量熱法的研究領(lǐng)域還擴(kuò)展到生物化學(xué)及農(nóng)業(yè)等學(xué)科,如生物活性的監(jiān)測(cè),種子生長(zhǎng)過(guò)程等。

按熱量計(jì)的測(cè)量原理,又可分成兩類:補(bǔ)償式熱量計(jì)和測(cè)量溫度差的熱量計(jì)。在進(jìn)行量熱實(shí)驗(yàn)時(shí),反應(yīng)系統(tǒng)的變化過(guò)程所伴隨的能量變化會(huì)引起量熱系統(tǒng)溫度的變化,補(bǔ)償式熱量計(jì)則是設(shè)法對(duì)反應(yīng)過(guò)程的能量變化進(jìn)行補(bǔ)償,使量熱系統(tǒng)的溫度一直維持不變,測(cè)量過(guò)程中所補(bǔ)償?shù)哪芰考吹扔诜磻?yīng)系統(tǒng)所釋放的能量。能量補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ挚煞譃?a href="/hebeideji/1060204310447268183.html">相變補(bǔ)償、Peltier效應(yīng)補(bǔ)償和化學(xué)反應(yīng)補(bǔ)償?shù)确椒ǎ髢煞N補(bǔ)償方法已很少采用。測(cè)量溫度差的熱量計(jì)又分為兩類:一類是測(cè)量系統(tǒng)溫度隨時(shí)間的變化,要測(cè)定反應(yīng)系統(tǒng)能量的變化,還必須測(cè)定系統(tǒng)的熱容。另一類則測(cè)量不同位置的溫度差,從而測(cè)量系統(tǒng)能量變化值,這類熱量計(jì)多為熱導(dǎo)式熱量計(jì)。

按照熱量計(jì)的操作類型,又可分為四種不同的類型:

等溫?zé)崃坑?jì),即在測(cè)量時(shí),量熱腔與環(huán)境的溫度保持不變,相變熱量計(jì)是典型的等溫?zé)崃坑?jì);

具有恒定溫度環(huán)境的熱量計(jì),這種熱量計(jì)的量熱腔與環(huán)境之間具有良好的隔熱層,但或多或少有“熱漏”存在。一般的反應(yīng)熱量計(jì)、彈式熱量計(jì)等均屬于這類熱量計(jì):

熱導(dǎo)式熱量計(jì),在進(jìn)行測(cè)量時(shí),這類熱量計(jì)的溫度變化很小,且反應(yīng)前后溫度相等,因而基本上可以認(rèn)為熱導(dǎo)式熱量計(jì)是在等溫條件下進(jìn)行測(cè)定的。

掃描式熱量計(jì),其環(huán)境與系統(tǒng)的溫度隨時(shí)間按事先規(guī)定的程序而變,如恒速升溫等,其量熱系統(tǒng)由被測(cè)體系和參考體系組成,各種熱分析儀均屬于這類熱量計(jì)。

熱量計(jì)雖可按不同的考慮作不同的分類,但這些分類并無(wú)絕對(duì)的界限,以下對(duì)各種熱量計(jì)分別加以介紹。

絕熱熱量計(jì)

一個(gè)理想的絕熱熱量計(jì),在進(jìn)行量熱實(shí)驗(yàn)時(shí),反應(yīng)系統(tǒng)與環(huán)境之間應(yīng)沒(méi)有熱量的交換,欲達(dá)到這個(gè)要求有兩種方法:一是使量熱腔與環(huán)境的溫度完全相等,另一種方法則是使量熱腔與環(huán)境間的熱阻為無(wú)窮大,使兩者之間沒(méi)有熱的交換,但在實(shí)際操作中,完全隔熱是無(wú)法辦到的,因而,絕熱熱量計(jì)均采用第一種方法,使量熱腔與環(huán)境溫度盡可能一致,以達(dá)到近乎絕熱的目的。典型的絕熱熱量計(jì)原理方框見(jiàn)下圖。在進(jìn)行量熱實(shí)驗(yàn)時(shí),被測(cè)試的樣品若釋放熱量,將會(huì)使量熱腔整體溫度升高,用以感測(cè)絕熱壁與量熱腔之間溫差的熱電偶會(huì)立即感測(cè)到溫度的變化并立即將此溫差信號(hào)傳至控溫系統(tǒng),控溫系統(tǒng)根據(jù)溫差信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)控制安裝在絕熱外殼中的電加熱器加熱功率的大小,使絕熱壁的溫度也隨之上升,與量熱腔外殼的溫度保持一致,在整個(gè)測(cè)量期間,控制絕熱外殼的溫度均不斷地跟蹤量熱腔的溫度,使兩者盡可能保持一致,此外,量熱腔與絕熱壁之間也具有良好的隔熱層,因而在量熱過(guò)程中兩者之間的熱交換是極小的,可認(rèn)為基本上是在絕熱條件下操作。但在實(shí)際上,控溫系統(tǒng)不可能作到使量熱腔與絕熱壁的溫度絕對(duì)地保持相等,總會(huì)有所波動(dòng),這種溫度的波動(dòng)總會(huì)帶來(lái)少量的熱的交換,因此在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理時(shí),應(yīng)對(duì)這少量的“熱漏”進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?/p>

絕熱熱量計(jì)常用來(lái)測(cè)定物質(zhì)的比熱,測(cè)量范圍可從低溫到高溫,在低溫范圍內(nèi)。熱量計(jì)的絕熱外殼與量熱腔之間常設(shè)有真空夾套,以減少因氣體的導(dǎo)熱和對(duì)流而帶來(lái)的“熱漏”。在高溫范圍內(nèi),產(chǎn)生“熱漏”的主要因素是熱的輻射,對(duì)流和導(dǎo)熱的影響相對(duì)要小一些

等溫?zé)崃坑?jì)

熱電補(bǔ)償熱量計(jì)是一種等溫?zé)崃坑?jì),但不是用相變熱進(jìn)行補(bǔ)償,而是利用熱電效應(yīng)進(jìn)行能量補(bǔ)償。若被測(cè)量的系統(tǒng)釋放熱量時(shí),利用Peltier效應(yīng),用冷端進(jìn)行能量補(bǔ)償,使反應(yīng)系統(tǒng)的溫度維持不變。系統(tǒng)放出的熱量可由Peltier效應(yīng)的致冷量求出。

兩種不同的導(dǎo)體連成回路,在回路中用直流電源維持一定電流不斷流過(guò)時(shí),則導(dǎo)體的一個(gè)結(jié)頭變冷,而另一個(gè)結(jié)頭變熱,這種現(xiàn)象便是Peltier效應(yīng),其冷端可以吸收熱量,熱端可放出熱量。對(duì)于放熱反應(yīng),可用Peltier效應(yīng)的冷端進(jìn)行能量補(bǔ)償,但對(duì)導(dǎo)體自身而言,因電流的通過(guò)而存在因電阻引起的熱效應(yīng),即焦耳熱效應(yīng)。Joule效應(yīng)與Peltier效應(yīng)是相反的,一為吸熱另一個(gè)為放熱,Joule熱效應(yīng)與電流的平方成正比,而Peltier效應(yīng)只與電流的一次方成正比,因此,當(dāng)電流大到某一極限值I0時(shí),兩個(gè)效應(yīng)的值相等,總的表觀是冷端既不放熱也不吸熱。只有當(dāng)電流小于I時(shí),才能致冷,當(dāng)電流量為0.5I時(shí),致冷效果最顯著,其致冷量為,η是Peltier系數(shù),與兩種導(dǎo)體的性質(zhì)有關(guān),Peltier效應(yīng)的致冷作用受到材料及電流等多種因素的限制,一般說(shuō)來(lái),其致冷量是不大的。

應(yīng)用

數(shù)據(jù)的測(cè)定

純物質(zhì)熱力學(xué)數(shù)據(jù)的測(cè)定是量熱法最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。用量熱法測(cè)定在298.16K和標(biāo)準(zhǔn)壓力下各種化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng),便可得到物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓。通過(guò)測(cè)定等容和等壓過(guò)程的熱效應(yīng),可獲得物質(zhì)的內(nèi)能和焓的變化值。對(duì)純物質(zhì),用量熱法測(cè)定其從低溫到高溫各溫度范圍內(nèi)的比熱容C,以及在各相變點(diǎn)的可逆相變潛熱,便可由熱力學(xué)第三定律直接求出純物質(zhì)的規(guī)定熵,這樣由量熱法求得的熵也稱為量熱熵,由物質(zhì)的規(guī)定焓和規(guī)定熵的數(shù)值,就可以獲得純物質(zhì)的規(guī)定Gibbs自由能。在用量熱法測(cè)定物質(zhì)的規(guī)定熵時(shí),最低溫度可測(cè)至幾K的低溫。更低溫度范圍內(nèi)的熱力學(xué)函數(shù)值通常可由Debye比熱公式計(jì)算求出。

各種物質(zhì)的比熱容、相變潛熱和諸如稀釋、溶解、混合及吸附等物理過(guò)程的熱效應(yīng),基本上是用量熱法測(cè)定的,這些物性數(shù)據(jù),已被制成各種各樣的表格,供人們查閱使用。這些最基本的數(shù)據(jù)不論對(duì)于科學(xué)研究還是工業(yè)生產(chǎn)都是必不可少的,在化工、冶金等工業(yè)領(lǐng)域,在建立任何一套生產(chǎn)裝置之前,都必須進(jìn)行工程設(shè)計(jì),而設(shè)計(jì)最基本、最初的程序是要對(duì)整個(gè)工藝流程進(jìn)行仔細(xì)的物料衡算和能量衡算,物料與能量的衡算正確與否,對(duì)于整個(gè)工程設(shè)計(jì)的成敗是至關(guān)重要的。在進(jìn)行能量衡算時(shí),則需要有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的焓變、原料及產(chǎn)物的比熱容相變潛熱等等各類數(shù)據(jù)。在選擇工藝流程、確定生產(chǎn)操作指標(biāo)、估算生產(chǎn)最大產(chǎn)率等方面,物質(zhì)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)都是很重要的。

量熱法在工業(yè)方面的另一重要用途是測(cè)定各種能源原料的發(fā)熱量,這些原料有:原油及天然氣、各不同產(chǎn)地的煤,石油工業(yè)的系列產(chǎn)品如汽油、煤油、柴油、液化石油氣及其他燃料等。燃料產(chǎn)品發(fā)熱值的大小是鑒定原料質(zhì)量高低或判定產(chǎn)品是否合格的重要依據(jù)。出售燃料產(chǎn)品的廠商須對(duì)其產(chǎn)品的發(fā)熱值給出最低保證值,因此,在燃料工業(yè)上廣泛地采用熱量計(jì)來(lái)測(cè)定產(chǎn)品的發(fā)熱量,以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

隨著人們生活水平的提高,對(duì)自身攝入的營(yíng)養(yǎng)愈來(lái)愈講究,為了保持人體處于良好的能量平衡狀態(tài),必須對(duì)所攝入食物的能量作準(zhǔn)確的計(jì)算。因此,量熱法已廣泛用來(lái)測(cè)量各種食物的發(fā)熱值。人們便依據(jù)這些數(shù)據(jù)制定食譜以保證每天攝入適當(dāng)?shù)哪芰俊M瑯樱谛竽翀?chǎng)內(nèi),也依據(jù)這些數(shù)據(jù)為家畜配制飼料。用量熱法研究易爆易燃等危險(xiǎn)化學(xué)品的性質(zhì),對(duì)如何安全的處理和運(yùn)輸這些化學(xué)品是十分重要的。

熱分析熱滴定

掃描式熱量計(jì),特別是熱分析儀器的應(yīng)用領(lǐng)域已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出量熱的范圍,在動(dòng)力學(xué)和測(cè)定物質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)方面,已得到廣泛的應(yīng)用。

應(yīng)用差熱分析熱譜曲線,可鑒定各種物質(zhì),不論是無(wú)機(jī)化合物還是有機(jī)化合物,都具有特征的DTA曲線,它們像“指紋”一樣表征物質(zhì)的特性,目前已出版了各種化合物的標(biāo)準(zhǔn)熱分析曲線圖譜集,以便于鑒別礦物、無(wú)機(jī)物、有機(jī)物及高聚物等化合物。

應(yīng)用DTA和DSC可測(cè)定固體及液體的比熱容、液-固及氣-液等一級(jí)相變的相變溫度和相變熱以及各類二級(jí)相變?nèi)绻虘B(tài)晶形轉(zhuǎn)變、磁性轉(zhuǎn)變和玻璃化轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變溫度等。

礦物、無(wú)機(jī)鹽類以及有機(jī)化合物在高溫下會(huì)發(fā)生分解,將TDA、DSC和TG法聯(lián)用,可以對(duì)化合物熱分解反應(yīng)的溫度、產(chǎn)物、分解速率、反應(yīng)活化能和反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行測(cè)定和分析。Freeman和Caroll于1958年提出了從熱重曲線求反應(yīng)級(jí)數(shù)和活化能的方法,后來(lái),Sharp和Doyle等人也提出各自的處理方法。

熱分析很早就應(yīng)用于金屬學(xué)領(lǐng)域,用來(lái)測(cè)定金屬熔點(diǎn)等,現(xiàn)在,它已成為研究合金相圖的主要手段,用熱分析法除可獲得平衡相圖所需的各種數(shù)據(jù)(如步冷曲線)外,還可得到合金的熱力學(xué)數(shù)據(jù)、判斷亞穩(wěn)相存在與否以及決定亞穩(wěn)相的溶解度曲線,

晶體的熔點(diǎn)是很敏銳的,當(dāng)晶體中摻有少量雜質(zhì)以后,其熔點(diǎn)范圍會(huì)明顯擴(kuò)大,使得DSC熱譜曲線上的相變吸熱峰的寬度和高度發(fā)生明顯的改變,利用這一特點(diǎn),用DSC法可鑒定化合物的純度,這種方法操作簡(jiǎn)便,速度快,用量少,它已成為鑒定有機(jī)化合物最有效的方法。

熱滴定也稱為溫度滴定、熱焓滴定等,所采用的手段是滴定熱量計(jì)。化學(xué)分析所涉及的酸堿反應(yīng)、沉淀反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)和配合反應(yīng)等,均伴隨有一定的熱效應(yīng),當(dāng)反應(yīng)一開(kāi)始,便有熱量產(chǎn)生,當(dāng)反應(yīng)終止時(shí),熱效應(yīng)也隨著結(jié)束。滴定熱量計(jì)的感溫元件(熱效電阻)熱容很小,能對(duì)溫度的變化作出迅速響應(yīng),因而量熱滴定可用作化學(xué)分析的有效手段,并在冶金、煤炭、造紙、制藥和生物制品等工業(yè)方面得到應(yīng)用。有些化學(xué)反應(yīng)由于平衡常數(shù)的限制,在量熱滴定中反應(yīng)不能完全進(jìn)行到底,這時(shí),從反應(yīng)的熱譜曲線中,不僅可獲得有關(guān)反應(yīng)焓的信息,還可得到有關(guān)熵變及反應(yīng)平衡常數(shù)的信息。

生物學(xué)應(yīng)用

生物體內(nèi)所發(fā)生的過(guò)程往往不但熱效應(yīng)小,而且非常緩慢,傳統(tǒng)熱量計(jì)對(duì)這類過(guò)程無(wú)法進(jìn)行監(jiān)測(cè),熱導(dǎo)式微熱量計(jì)的出現(xiàn)和完善,使得對(duì)生物體內(nèi)的過(guò)程進(jìn)行量熱測(cè)定成為可能,它已用來(lái)對(duì)生物的活性進(jìn)行監(jiān)測(cè)。應(yīng)用熱導(dǎo)式微熱量計(jì)還可測(cè)定細(xì)菌等微生物的生長(zhǎng)熱譜、細(xì)胞的代謝熱譜和種子發(fā)芽過(guò)程的能量變化。運(yùn)用熱動(dòng)力學(xué)的方法,微量熱法可用于酶催化反應(yīng)的米氏常數(shù)和反應(yīng)焓的測(cè)定。

其他

應(yīng)用專門(mén)設(shè)計(jì)的熱量計(jì)可測(cè)量激光束的能量,這種熱量計(jì)可以為熱導(dǎo)式或等溫外殼式熱量計(jì),具體的結(jié)構(gòu)形式也因接受能量的方式不同而采用不同的設(shè)計(jì)。激光束能量的大小由電能進(jìn)行標(biāo)定。

量熱法也可用于微波輻射能的測(cè)量,在核能工業(yè)領(lǐng)域,量熱法也得到應(yīng)用。熱量計(jì)不但可用來(lái)測(cè)定放射源的能量,通過(guò)測(cè)定放射源的輻射能可以確定放射元素的半衰期,用這種方法可以化驗(yàn)分析放射源中所含的放射元素。

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