热分析技讲义术概念
综合热分析讲义2
Differential Thermal Analysis，DTA
§3.1定义及术语
差热分析（ Differential Thermal Analysis）
简称 DTA，是在程序控制温度下， 建立被测量物质与参比物之间的温度差 与温度关系的一种技术。
数学表达式为： △T＝Ts－Tr＝f(T)
温度 T ΔT=Ts –Tr
Tw Tr Ts ⊿Ts
时间 t
升温曲线与DTA曲线
在未加热时， Tw＝Ts＝Tr
升温后，未发生反应时， Tw>Ts≈Tr
dT w 为升温速率（K/min或℃/min ） dt
试样的传热方程为：
C sd dsT tKw (T s)
参比物的传热方程为：
C rd drT tKw (T r)
由于
(3 -2)
ΦdTw dTr dt dt
和
(Δ Ta)CrK Cs Φ
可得：
Crd drT tCsd drT tK ( Δ T)a (3 - 8)
由（3-8）式和 （3-2）式得： C sd drT tKw ( T T r)K ( Δ T )a
（3-7）式与（3-9）式相减，即得：
均温块 样品或样品支持器同质量较大的材料
紧密接触的一种样品支持器组合。
温差热电偶 测量温度差用的热电偶系统，即△T
热电偶。
测温热电偶 测量温度用的热电偶系统，即T热电
偶。
对单峰DTA曲线： 基线
DTA曲线上相应△T近似于零的部分。 如图中的AB和DE。
峰 DTA曲线上先离开而后又回到基线零的
岛津DTA－50型差热分析仪
差热分析仪的温度校正
同热重分析仪一样，差热分析在进行 热分析时，也必须对其进行温度校正，以 获的准确的结果。
《热力学第一定律》 讲义
《热力学第一定律》讲义一、热力学第一定律的引入在探索自然界的能量转化和守恒规律的过程中，热力学第一定律应运而生。
它是热力学的基础，对于理解各种热现象和能量转换过程具有至关重要的意义。
想象一下，我们生活中的各种能量形式，比如热能让我们感到温暖，机械能让机器运转，电能点亮灯光。
那么，这些不同形式的能量之间是如何相互转换的？又是否存在某种不变的规律呢？这就是热力学第一定律要回答的问题。
二、热力学第一定律的表述热力学第一定律可以表述为：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
这看似简单的一句话，却蕴含着深刻的物理内涵。
它意味着我们的宇宙是一个封闭的能量系统，能量的流动和变化有着严格的规律可循。
为了更直观地理解这一定律，我们可以举几个例子。
比如，当我们燃烧煤炭来加热水时，煤炭中的化学能通过燃烧转化为热能，然后热能传递给水，使水的温度升高。
在这个过程中，总能量始终保持不变，只是能量的形式从化学能变成了热能。
又比如，汽车发动机通过燃烧汽油将化学能转化为机械能，从而驱动汽车前进。
虽然能量的形式发生了变化，但能量的总量并没有增加或减少。
三、热力学第一定律的数学表达式热力学第一定律可以用数学表达式来精确描述。
通常，我们用ΔU ＝ Q ＋ W 来表示。
其中，ΔU 表示系统内能的变化，Q 表示系统吸收或放出的热量，W 表示系统对外界做功或外界对系统做功。
当 Q 为正值时，表示系统吸收热量；当 Q 为负值时，表示系统放出热量。
当 W 为正值时，表示系统对外界做功；当 W 为负值时，表示外界对系统做功。
这个表达式清晰地展示了内能、热量和功之间的关系。
比如说，一个绝热容器中的气体被压缩，外界对气体做功，由于是绝热过程，没有热量交换（Q ＝ 0），根据表达式，气体的内能增加（ΔU ＞ 0）。
再比如，一个热的物体与一个冷的物体接触，热的物体向冷的物体传递热量（Q ＜ 0），如果没有做功过程（W ＝ 0），那么热物体的内能减少，冷物体的内能增加，但两者内能的总和不变。
同步热分析(TGA-DSC)实验讲义
综合同步热分析（T G A-D S C）实验讲义一、实验目的：用热分析仪对进行TG和DSC分析，并对热分析谱图进行定性和定量分析。
二、预习要求1、了解热分析仪的工作原理和操作方法；2、了解TG和DSC分析的基本原理及热分析谱图的意义。
三、原理1、热分析的定义:热分析(thermal analysis)：顾名思义，可以解释为以热进行分析的一种方法。
1977年在日本京都召开的国际热分析协会（ICTA）第七次会议上，给热分析下了如下定义：即热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理、化学性质与温度的关系的一类技术。
通俗来说，热分析是通过测定物质加热或冷却过程中物理性质（目前主要是重量和能量）的变化来研究物质性质及其变化，或者对物质进行分析鉴别的一种技术。
程序控制温度：一般是指线性升温或线性降温，当然也包括恒温、循环或非线性升温、降温。
也就是把温度看作是时间的函数：T＝φ（t）; t：时间。
常见的物理变化：熔化、沸腾、升华、结晶转变等；常见的化学变化：脱水、降解、分解、氧化，还原、化合反应等。
这两类变化，常伴有焓变，质量、机械性能和力学性能等的变化。
2、热分析存在的客观物质基础在目前热分析可以达到的温度范围内，从－150℃到1500℃（或2400℃），任何两种物质的所有物理、化学性质是不会完全相同的。
因此，热分析的各种曲线具有物质“指纹图”的性质。
3、热分析的起源及发展1899 年英国罗伯特－奥斯汀（Roberts-Austen）第一次使用了差示热电偶和参比物，大大提高了测定的灵敏度，正式发明了差热分析（DTA）技术。
1915 年日本东北大学本多光太郎，在分析天平的基础上研制了“热天平”即热重法（TG），后来法国人也研制了热天平技术。
1964 年美国瓦特逊（Watson）和奥尼尔（O’Neill）在DTA技术的基础上发明了差示扫描量热法（DSC）。
美国P－E公司最先生产了差示扫描量热仪，为热分析热量的定量作出了贡献。
新概念热学讲义
第一讲：引论
的原子构成，原子由于形状、次序和位置上的不同形成不同的元素。德谟克立 特认为，原子在热度上是有不同的，冷热的感觉原子不同组合的结果。卢克莱 修把火看作由“热的种子”即某种粒子形成，这是一种明确的热质说的观点。 古希腊热动说最有力的推动者是米利都学派，有泰勒斯、阿纳克西曼德和 阿纳克西美尼等人。他们的观点是热（火）是由基原物质的运动变化产生出来 的。古希腊的另外一位著名学者柏拉图也是热动说的支持者，他说：“产生和 维持其他东西的火和热，本身就是摩擦和碰撞引起的，但这就是运动。” 可以看出，中国古代和古希腊的先哲们已经开始对自然界中的冷热现象作 出了自己的思考，甚至形成了一定的理论体系。但是这两种思想并不是鲜明的 对立，很多思想中都包含着两种思想的影子。 二、热质说与热动说的针锋相对[11,12] 近代是热质说与热动说激烈争辩的时代，最终热动说战胜了热质说。下面 我们回顾一下分别支持这两种理论的科学家和他们的论点。 1 早期自然科学的热动说（16－17 世纪） 最早对热的本质作出新探索的是英国的哲学家培根。培根从一系列观察中 他认识到，热是在物体作剧烈运动和摩擦碰撞时被激起的。所以，“热的本质 和实质就是运动，而不是别的什么”。但是，培根又发现，风是运动但却没有 热现象；还有就是热胀冷缩的现象，表明热是一种发生在物体内部的运动，而 与物体的机械运动没有关系。所以培根得出结论：“热是一种膨胀的、被约束 的而在其斗争中作用于物体内部较小的粒子之上的运动。”培根的这个结论总 的说来是正确的，而且他的成就标志着近代自然科学研究从古代的抽象思辨转 向了经验和实验。 另外，早期支持热动说的还有胡克、笛卡尔、牛顿和玻意尔等人。 2 近代的热质说（16－18 世纪） 量热学研究上做出了重大贡献的布莱克，是热质说的重要倡导者。他和他 的追随者设想热物质或“热流体”与普通物质粒子不同，它们彼此排斥，但却 受到普通物质粒子的吸引。 热质说很容易解释热传导、对流等现象，以及热从高温处传向低温处。在 解释为什么不同的物体具有不同的“比热”时，他们解释道这是因为不同的物 质对热流体的吸引能力不同所致。而物体发生相变时的“潜热”是由于物质粒
[导热系数讲义]
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注意：接地线必须接地！ 参考实验讲义二：热电偶温度计的定标
【实验目的】
1． 了解热电偶温度计。 2．对“铜—康铜”热电偶温度计定标。
【仪器描述】
1．图 2 是实验装置示意图 “铜-康铜”热电偶的一个接点（冷端）放在盛有冰 水混合物的保温杯中，使该接点维持在恒定的 0℃。另 一接点（热端）放在 A 盘小孔中。升温由它的加热器来 实现，当手动加热时，将控制方式置“手动” ，然后切 换加热控制开关。或将控制方式置“自动” ，然后由 PID 设定温度自动控制温度。 2. PID 控温(详见附录一) PID 智能温度控制器是一种高性能、高可靠性的智能型调节仪表，广泛应用于机械化工、轻工、冶金、石化、 热处理等行业的温度、流量、压力、液位等的自动控制系统。 3. 铜-康铜热电偶温度差为 100℃时，其温差电动势约 4.0mV，若精度要求不高，可直接用 20mV 数字电压表代替 UJ-36 型携带式直流电位差计。 UJ-36 型携带式直流电位差计的使用简述： 电位差计的工作原理是用滑线电阻上产生的已知压降来补偿热电偶产生的热电动势， 测量精度较高， 仪器使 用方法如下：
【实验内容】
1、量物体在室温 0～100℃多点的热导率，画出曲线。 2、测量不良导体的热导率。本仪器附橡皮、牛筋等样品供教学测试用。 3、测量金属的热导率。 （本仪器附有硬铝测试样品） 。 4、测量空气的热导率。
【测量装置结构】
测量装置样品架的三个螺旋微头是用来调节散热盘 P 和圆筒加热盘 A 之间距离和平整度的。 除测量金属样品 时不用圆筒固定外，其它如测橡皮和空气的热导率时，均需将圆筒的固定轴对准样品支架上的圆孔插入，并用螺 母旋紧。具体步骤是：先旋下螺母，将加热圆筒放下；使固定轴穿过圆孔，再将螺母旋上并拧紧，最后固定筒后 的紧固螺钉，从而由三个螺旋测微头来调节平面和待测样品厚度。
综合热分析讲义1
600
Tf
固体热分解反应的典型的 TG 曲线
650
T
➢
平台
TG曲线上，质量基本不变的部分，
如前图中的 AB 和 CD。
➢
起始分解温度 Ti
当累积质量变化达到热天平能够检
测时的温度，简称起始温度，如前图中
的 B 点。
注意
实际上的TG曲线并非是一些理想的平台
和迅速下降的区间连续而成，常常在平台部
CaC2O4H2O 的TG 曲线
800
1000
Universal V4.2E TA Instruments
§2.6 热重仪
➢
热天平
亦即热重仪。在程序温度下，连
续称量试样的仪器。
热天平的结构类型
上皿式
立式
卧式
下吊式
a—立式（下吊式）
a
b
b—立式（上皿式）
c—卧式
c
热天平的类型
热天平的基本构造（下吊式）
TG的基线极为稳定
温度范围：
室温～1000℃/1500℃
最大样品量：1g
岛津TG-5TA Q500热重仪
TA Q500 加热炉、坩埚
§2.3 热重法的温度标定
热分析温度非常重要，必须对热天平
进行准确的温度标定。有两种标定方法：
居里点法
用几种铁磁材料的居里点进行
120
154.3°C
100
CaC2O4H2O → CaC2O4 ＋H2O↑
476.3°C
194.7°C
CaC2O4→ CaCO３ ＋CO↑
Weight (%)
80
687.4°C
516.7°C
工程热力学实验讲义
第一章 工程热力学§1-1 空气绝热指数的测定实验一、实验目的通过测量绝热膨胀和定容加热过程中空气的压力变化，计算空气绝热指数。
理解绝热膨胀过程和定容加热过程以及平衡态的概念。
二、实验原理气体的绝热指数定义为气体的定压比热容与定容比热容之比，以K 表示，即p vc k c =。
本实验利用定量空气在绝热膨胀过程和定容加热过程中的变化规律来测定空气的绝热指数K 。
实验过程的P-V 图如图1所示。
图中AB 为绝热膨胀过程；BC 为定容加热过程。
图1 等容和绝热过程AB 为绝热过程，1122k kp v p v = （1） BC 为定容过程，23v v = （2）假设状态A 和C 温度相同，则23T T =。
根据理想气体的状态方程，对于状态A 、C 可得：1133p v p v = （3）将（3）式两边K 次方得：()()1133kkp v p v = （4）由（1）、（4）两式得，1132kp p p p ⎛⎫=⎪⎝⎭，再两边取对数，得： 1213ln ln p p k p p ⎛⎫ ⎪⎝⎭=⎛⎫ ⎪⎝⎭（5）因此，只要测出A 、B 、C 三状态下的压力123,,p p p 且将其代入（5）式，即可求得空气的绝热指数k 。
三、实验装置空气绝热指数测定仪由刚性容器，充气阀、排气阀和U 型差压计组成，如图2所示。
空气绝热指数测定仪以绝热膨胀和定容加热两个基本热力过程为工作原理，测出空气绝热指数。
整个仪器简单明了，操作简便，有利于培养学生运用热力学基本和公式从事实验设计和数据处理的工作能力，从而起到巩固和深化课堂教学内容的实际效果。
图2 空气绝热指数测定装置示意图1－有机玻璃容器；2－进气及测压三通；3 U 型压力计；4 －气囊；5－放气阀门。
四、实验步骤实验对装置的气密性要求较高。
因此，在实验开始时，应检查其气密性。
通过充气阀对刚性容器充气，使U 型压差计的水柱h ∆达到2200mmH O 左右，记下h ∆值，5分钟后再观察h ∆值，看是否发生变化。
工程热力学(讲义)
1 课程学习1.1 热力学基本定律1.1.1 热力学基本概念及定义第一节热力系热力系：由界面包围着的作为研究对象的物体的总和。
按热力系与外界进行物质交换的情况可将热力系分为：闭口系(或闭系)--与外界无物质交换，为控制质量(c.m.)；开口系(或开系)--与外界之间有物质交换，把研究对象规划在一定的空间范围内，称控制容积(c.v.)。
按热力系与外界进行能量交换的情况将热力系分为：简单热力系--与外界只交换热量及一种形式的准静功；绝热系--与外界无热交换；孤立系--与外界既无能量交换又无物质交换。
按热力系内部状况将热力系分为：单元系--只包含一种化学成分的物质；多元系--包含两种以上化学成分的物质；均匀系--热力系各部分具有相同的性质；均匀系--热力系各部分具有不同的性质。
工程热力学中讨论的热力系：简单可压缩系--热力系与外界只有准静功的交换，且由压缩流体构成。
第二节热力系的描述热力系的状态、平衡状态及状态参数*热力系的状态：热力系在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。
在热力学中我们一般取设备中的流体工质作为研究对象，这时热力系的状态即是指气体所呈现的物理状况。
*平衡状态：在没有外界影响的条件下系统的各部分在长时间内不发生任何变化的状态。
处于平衡状态的热力系各处的温度、压力等参数是均匀一致的。
而温差是驱动热流的不平衡势，温差的消失是系统建立平衡的必要条件。
对于一个状态可以自由变化的热力系而言，如果系统内或系统与外界之间的一切不平衡势都不存在，则热力系的一切可见宏观变化均将停止，此时热力系所处的状态即是平衡状态。
各种不平衡势的消失是系统建立起平衡状态的必要条件。
*状态参数：用来描述热力系平衡态的物理量。
处于平衡态的热力系其状态参数具有确定的值，而非平衡热力系的状态参数是不确定的。
状态参数的特性描述热力系状态的物理量可分为两类：强度量和尺度量（1）强度量与系统中所含物质无关，在热力系中任一点具有确定的数值的物理量。
导热基本定律及稳态导热-讲义
a
热扩散率表征物体被加热或冷却时，物体内各部分 温度趋向于均匀一致的能力
4-5 一维稳态导热
一维、稳态、常物性、无内热源情况，考察平
板和圆柱内的导热。
t t t t c ( ) ( ) ( ) qv x x y y z z
多维导热问题：首先获得温度场的分布函数 ，然后根据傅立叶定律求得空间各点的热流 密度矢量。
15
导热微分方程
定义：根据能量守恒定律与傅立叶定律，建立导热物体中 的温度场应满足的数学表达式，称为导热微分方程。 导热微分方程的数学表达式 ： 导热微分方程的推导，假定导热物体是各向同性的。
理论基础：能量守恒定律与傅立叶定律
2
t t1 x t2 o
34
dt 直接积分，得： c1 t c1 x c2 dx
带入边界条件
t2 t1 c1 c2 t1
t2 t1 t x t1 带入Fourier 定律 dt t2 t1 dx
t ~ A x
数学表达式：
t A x
8
负号表示热量传递的方向指向温度降低的方向
傅里叶定律用热流密度表示：
t q x
（负号表示热量传递方向与温度升高方向相反）
其中
q
——热流密度(单位时间内通过单位
面积的热流量) t ——物体温度沿 x 轴方向的变化率 x
9
2.温度梯度（Temperature gradient）
16
▲ 导热微分方程式
通过空间任一点任一 方向的热流量也可分 解为 x 、 y 、 z 坐 标方向的分热流量。
物理化学实验讲义(外学院)
实验94 步冷曲线法绘制Sn-Bi二元合金相图实验概述二元合金的熔点~组成相图可用不同组成合金的冷却曲线求得。
将一种合金或金属熔融后，使之逐渐冷却，每隔一定时间记录一次温度，这种表示温度~时间的关系曲线称为冷却曲线或步冷曲线。
当熔融体系在均匀冷却过程中不发生相的变化，其温度将随时间连续均匀下降，这时会得到一条平滑的冷却曲线；如在冷却过程中发生了相变，则因放出相变热而使热损失有所抵偿，冷却曲线就会出现转折点或水平线段。
转折点所对应的温度，即为该组成合金的相变温度。
如以横轴表示混合物的组成，纵轴上标出开始出现相变的温度，把这些转折点所对应的温度连接起来，就可以绘制出二元合金相图。
对于简单的低共熔二元体系（如Bi-Cd合金），具有图94.1所示的的冷却曲线和相图。
用热分析法测绘相图时，被测体系必须时时处于或接近相平衡状态，因此体系的冷却速度必须足够慢才能得到较好的结果。
本实验测绘的Sn~Bi二元合金相图不属于简单低共熔体系, 当含Sn 含量在85% 以上即出现固熔体。
因此，为了简单起见，本实验不能作出完整的相图。
图94.1 Bi-Cd 合金冷即曲线及其相图实验目的1．了解热分析法测量技术与热电偶测量温度的方法；2．用热分析法绘制Sn~Bi二元合金相图。
实验器材1．仪器：热电偶，加热炉，记录仪，调压器，电炉，250mL烧杯。
2．试剂：Sn（s），Bi（s），固体石蜡。
实验方法1．配制样品：用感量为0.1 g的台天平分别配制含Bi量分别为30%、58%、80%的混合物各100 g，另外称100 g纯Bi，100 g纯Sn，分别放入5个样品管中。
2．安装与调整自动记录仪：（见图94.2)。
图94.2 冷却曲线测定装置3．测定被研究体系的步冷曲线：依次测纯Bi、含Bi 30%、58%、80%的混合物及纯Sn 的冷却曲线。
方法如下：将样品管放在加热电炉中，让样品熔化（在样品上方覆盖一层石蜡，以防止样品氧化）。
同时将热电偶的热端（连玻璃套管，见图94.2）插入样品管中。