В книге рассматриваются общие вопросы калориметрических определений, анализируются различные модели калориметрических систем, в которых учитываются различия тепловых свойств отдельных частей системы, и выводятся уравнения связи температурного поля системы с физическими свойствами и геометрическими особенностями входящих в нее тел. Излагаются аналитические способы определения поправок на теплообмен. Оцениваются погрешности измерений тепловых величин, обусловленные термической инерцией термоприемника и условиями теплообмена. Обсуждается вопрос об образцовых веществах, служащих для градуировки калориметрических измерительных средств.
Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников, занимающихся исследованиями, измерениями и расчетами в области термохимии и теплофизики. Она может быть полезной также для студентов старших курсов химических и физических факультетов.
Таблиц 36, иллюстраций 11, библиография 168 наим.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Калориметрия является одним из разделов технической теплофизики, в котором изучаются методы и средства измерений физических величин, характеризующих тепловые эффекты химических, физических и биологических процессов, а также тепловые свойства веществ. Результаты калориметрических определений используются в научных исследованиях, при проектировании технологической алпаратуры и промышленных сооружений и испытании продукции химической, нефтеперерабатывающей и других отраслей промышленности. Данные калориметрических определений для этих целей должны быть достаточно точными, а во многих случаях иметь предельно достижимую точность.
В данной книге рассматривается область прецизионной калориметрии. Ее объектами являются методы и средства, создаваемые и применяемые для получения экспериментальных значений тепловых величин наивысшей точности. Теоретической основой методов измерений и исследования погрешностей результатов прецизионных измерений тепловых величин служит совокупность представлений о теплофизических свойствах и процессах теплообмена, имеющих место в сложных неоднородных калориметрических системах. Система первичных государственных эталонов единиц физических величин и образцовых калориметрических средств есть метрологическая основа этих измерений.
Прецизионная калориметрия обеспечивает потребности:
а) научного приборостроения в методах и средствах измерений тепловых величин, в аттестованных образцовых ве^
Or
ществах, служащих для градуировки и поверки теплофизи-ческих приборов;
б) химической термодинамики в абсолютных наивысшей точности значениях тепловых величин в зависимости от температуры, давления, состава исследуемых веществ и других параметров;
в) проектных и промышленных предприятий в стандартных и справочных данных о теплофизических и термохимических свойствах веществ и материалов.
В книге проанализированы энергетические воздействия на калориметрическую систему и получение зависимостей между параметрами температурного поля, физическими свойствами отдельных элементов, входящих в систему, при различных условиях теплообмена и взаимосвязь между показаниями термоприемника, условиями его теплообмена с внешней средой и калориметром и реальной измеряемой температурой.
Этапы теоретического рассмотрения включают: построение обобщенной модели калориметрической системы, выбор типичной частной модели для реализуемого варианта и математическое описание частной модели.
Все широко применяемые калориметрические системы рассмотрены ниже.
Книга содержит 10 глав.
В первой главе дана классификация методов измерения и виды температурных зависимостей в калориметрическом эксперименте.
Во второй главе изложены общие законы теплообмена, которые могут иметь место в калориметрических системах. Эти законы использованы при решении конкретных задач и исследовании реальных конструкций калориметров.
В третьей главе теоретически исследованы процессы теплообмена в калориметрических системах и предложена обобщенная модель. Там же решена задача о температурном поле модели калориметрической системы с двухсоставным ядром и изотермической оболочкой.
В четвертой главе рассмотрены процессы вступления в регулярный режим отдельных тел и систем с источниками теплоты и без них. Установлены закономерности регуляризации 4
при переходе от неупорядоченного к регулярному режиму. Введены новые критерии, характеризующие регуляризацию отдельных точек тела и системы в целом. Показана зависимость процесса регуляризации от формы тела, теплофизических свойств его отдельных элементов, а для калориметрических систем с двухсоставным ядром и от отношения теплоем-костей двух его частей.
В пятой главе обсуждаются вопросы определения температурных поправок в калориметрическом опыте при наличии источников тепловой мощности и теплообмене калориметра с окружающей средой.
В шестой главе решается задача о термической инерции термоприемника.
Глава седьмая посвящена анализу источников тепловых погрешностей, возникающих при калориметрических измерениях. В методическом отношении изучение составляющих погрешностей, в особенности при измерении количества теплоты, представляет общую задачу для всех прецизионных калориметрических исследований. Основные источники погрешностей измерения количества теплоты имеют тепловое происхождение. Рассмотрение способов их количественной оценки возможно на основе теоретических исследований, изложенных в предыдущих главах.
Наиболее трудным является учет и оценка погрешности определения поправки на теплообмен. Поэтому в настоящей главе рассмотрены вопросы, связанные с термической инерцией, теплозащитной оболочкой калориметрического ядра, продолжительностью опыта, требованиями к стабильности температур «изотермической» оболочки.
В восьмой главе изложены способы обработки результатов измерений и оценки общей погрешности, рассмотрены вопросы о сложении случайных и систематических погрешностей.
Девятая глава посвящена образцовым веществам в калориметрии, которые используются для градуировки измерительной аппаратуры. Там же приводятся рекомендуемые значения тепловых величин теплоты сгорания, теплоемкости и
В десятой главе изложены основные сведения о Международной практической температурной шкале 1968 г., в соответствии с которой должны проводиться температурные измерения в калориметрии.
Настоящее, второе издание книги, в отличие от первого содержит новый материал по теории эксперимента и обработке результатов наблюдений. Все главы переработаны и дополнены.
Данная книга является первым трудом, в котором делается попытка выделить и рассмотреть вопросы, относящиеся, главным образом, к самым точным калориметрическим определениям. Они включают вопросы теории теплофизических процессов, протекающих в сложных системах; анализ источников систематических погрешностей измерений; обработку результатов измерений; значения образцовых (эталонных) веществ в калориметрии. В книге не рассматриваются химические аспекты определения энтальпии реакций (например, определение состава конечных продуктов реакции, приведение результатов измерений к стандартному термодинамическому состоянию). Эти вопросы обычно являются предметом исследования в термохимии *.
Книга написана на основе,те9ретических и экспериментальных исследований автора, выполненных во Всесоюзном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте метрологии им. Д. И. Менделеева, и обобщения калориметрических и термохимических работ, опубликованных в периодической литературе.
Автор с признательностью примет все замечания и пожелания, которые просит направлять по адресу: Москва, Д-22, Новопресненский пер., д. 3, Издательство стандартов.
Оглавление
Предисловие................ 3
Глава I. Общие положения калориметрии
Методы исследования............. 7
Калориметрический опыт............ 11
Глава II. Законы теплообмена в калориметрических системах
Процессы теплообмена............. 15
Уравнение теплопроводности ........... 17
Конвективный теплообмен............ 18
Теплообмен излучением............. 20
Глава III. Температурные поля
Моделирование калориметрических систем........ 22
Температурные поля простейших моделей........ 26
Калориметрическая система с изотермической оболочкой .... 30
Температурные кривые водяного калориметра ...... 39
Калориметрическая система с адиабатической оболочкой ... 43
Калориметрическая система с теплоизоляционной оболочкой . . 46
Глава IV. Регуляризация тепловых процессов
Регуляризация в калориметрических системах....... 50
Критерий регулярного режима........... 57
Продолжительность иррегулярного режима....... 60
Глава V. Температурные поправки на теплообмен
Общая формула температурной поправки........ 63
Температурная поправка Реньо-Пфаундлера....... 65
Упрощенные способы определения поправок....... 67
Аналитические способы определения поправок....... 70
Глава VI. Термическая инерция калориметрического термометра
Упрощенная теория термической инерции........ 75
Уравнение показаний инерционного термоприемника..... 79
Определение разности температур и поправки на теплообмен . . 84
Глава VII. Погрешности измерений
Основные погрешности............. 88
Влияние термической инерции ........... 92
Учет теплоизоляционной оболочки калориметрического ядра ... 96
Особенности теплообмена ядра калориметра с оболочкой ... 99
Погрешности измерения стационарных температур..... 100
9П7
Определение длительности калориметрического опыта .... 106 Влияние посторонних тепловых источников. Стабильность температуры оболочки...............108
Глава VIII. Обработка экспериментальных данных калориметрического опыта
-Погрешности измерений............. HI
Случайные погрешности............ Ш
Статистическая подконтрольность. Систематические погрешности измерений ................ 123
Общая погрешность. Сложение погрешностей....... 132
Метод наименьших квадратов. Обработка данных наблюдений в калориметрическом опыте............ 137 л
Обработка данных наблюдений теплоемкости....... 143
Абсолютные измерения теплоты сгорания бензойной кислоты . . 152
Глава IX. Образцовые вещества в калориметрии
Назначение образцовых веществ..........161
Бензойная кислота — образцовое вещество для определения теплоты сгорания...............163
Янтарная кислота — образцовое вещество для определения теплоты сгорания................167
Бензойная кислота — образцовое вещество для низкотемпературных
определений теплоемкости ........... 174
Окись алюминия — образцовое вещество для высокотемпературных определений энтальпии и теплоемкости ........ 181
Глава X. Международная практическая температурная шкала
1968 г. (МПТШ-68).............192
Литература...............i99
Цена: 300руб.
