Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тепловое действие тока калориметр

Калориметр

Калори́метр (от лат. calor — тепло и metor — измерять) — прибор для измерения количества теплоты, выделяющейся или поглощающейся в каком-либо физическом, химическом или биологическом процессе. Термин «калориметр» был предложен А. Лавуазье и П. Лапласом (1780) [1] [2] .

Содержание

  • 1 Современные калориметры
  • 2 Типы калориметров
    • 2.1 Жидкостный калориметр-интегратор
      • 2.1.1 Калориметрические измерения
      • 2.1.2 Побочные процессы в калориметрических измерениях
    • 2.2 Изотермический калориметр-интегратор
    • 2.3 Массивный калориметр-интегратор
    • 2.4 Проточные лабиринтные калориметры
    • 2.5 Калориметр — измеритель мощности
  • 3 Названия калориметров
  • 4 Общая классификация калориметров
  • 5 Факторы, влияющие на окончательный результат измерений
  • 6 См. также
  • 7 Ссылки

Современные калориметры [ править | править код ]

Современные калориметры работают в диапазоне температур от 0,1 до 3500 К и позволяют измерять количество теплоты с точностью до 0,01-10 %. Устройство калориметров весьма разнообразно и определяется характером и продолжительностью изучаемого процесса, областью температур, при которых производятся измерения, количеством измеряемой теплоты и требуемой точностью [3] [4] [5] .

Типы калориметров [ править | править код ]

Калориметр, предназначенный для измерения суммарного количества теплоты Q, выделяющейся в процессе от его начала до завершения, называют калориметр-интегратор

Калориметр для измерения тепловой мощности (скорости тепловыделения) L и её изменения на разных стадиях процесса — измерителем мощности или калориметр-осциллографом. По конструкции калориметрической системы и методу измерения различают жидкостные и массивные калориметры, одинарные и двойные (дифференциальные).

Жидкостный калориметр-интегратор [ править | править код ]

Жидкостный калориметр-интегратор переменной температуры с изотермической оболочкой применяют для измерений теплот растворения и теплот химических реакций. Он состоит из сосуда с жидкостью (обычно водой), в котором находятся: камера для проведения исследуемого процесса («калориметрическая бомба»), мешалка, нагреватель и термометр. Теплота, выделившаяся в камере, распределяется затем между камерой, жидкостью и другими частями калориметра, совокупность которых называют калориметрической системой прибора.

У жидкостных калориметров изотермическую температуру оболочки поддерживают постоянной. При определении теплоты химической реакции наибольшие затруднения часто связаны не с учётом побочных процессов, а с определением полноты протекания реакции и с необходимостью учитывать несколько реакций.

Калориметрические измерения [ править | править код ]

Изменение состояния (например, температуры) калориметрической системы позволяет измерить количество теплоты, введённое в калориметр. Нагрев калориметрической системы фиксируется термометром. Перед проведением измерений калориметр градуируют — определяют изменение температуры калориметрической системы при сообщении ей известного количества теплоты (нагревателем калориметра или в результате проведения в камере химической реакции с известным количеством стандартного вещества). В результате градуировки получают тепловое значение калориметра, то есть коэффициент, на который следует умножить измеренное термометром изменение температуры калориметра для определения количества введённой в него теплоты. Тепловое значение такого калориметра представляет собой теплоёмкость (с) калориметрической системы. Определение неизвестной теплоты сгорания или другой химической реакции Q сводится к измерению изменения температуры Δt калориметрической системы, вызванного исследуемым процессом: Q=cΔt. Обычно значение Q относят к массе вещества, находящегося в камере калориметра.

Побочные процессы в калориметрических измерениях [ править | править код ]

Калориметрические измерения позволяют непосредственно определить лишь сумму теплот исследуемого процесса и различных побочных процессов, таких как перемешивание, испарение воды, разбивание ампулы с веществом и т. п. Теплота побочных процессов должна быть определена опытным путём или расчётом и исключена из окончательного результата. Одним из неизбежных побочных процессов является теплообмен калориметра с окружающей средой посредством излучения и теплопроводности. В целях учёта побочных процессов и прежде всего теплообмена калориметрическую систему окружают оболочкой, температуру которой регулируют.

Изотермический калориметр-интегратор [ править | править код ]

В калориметре-интеграторе другого вида — изотермическом (постоянной температуры) введённая теплота не изменяет температуры калориметрической системы, а вызывает изменение агрегатного состояния тела, составляющего часть этой системы (например, таяние льда в ледяном калориметре Бунзена). Количество введённой теплоты рассчитывается в этом случае по массе вещества, изменившего агрегатное состояние (например, массе растаявшего льда, которую можно измерить по изменению объёма смеси льда и воды), и теплоте фазового перехода.

Массивный калориметр-интегратор [ править | править код ]

Массивный калориметр-интегратор чаще всего применяют для определения энтальпии веществ при высоких температурах (до 2500 °C). Калориметрическая система у калориметров этого типа представляет собой блок из металла (обычно из меди или алюминия) с выемками для сосуда, в котором происходит реакция, для термометра и нагревателя. Энтальпию вещества рассчитывают как произведение теплового значения калориметра на разность подъёмов температуры блока, измеряемых после сбрасывания в его гнездо ампулы с определённым количеством вещества, а затем пустой ампулы, нагретой до той же температуры.

Проточные лабиринтные калориметры [ править | править код ]

Теплоёмкость газов, а иногда и жидкостей, определяют в т. н. проточных лабиринтных калориметрах — по разности температур на входе и выходе стационарного потока жидкости или газа, мощности этого потока и джоулевой теплоте, выделенной электрическим нагревателем калориметра.

Калориметр — измеритель мощности [ править | править код ]

Калориметр, работающий, как измеритель мощности, в противоположность калориметру-интегратору должен обладать значительным теплообменом, чтобы вводимые в него количества теплоты быстро удалялись и состояние калориметра определялось мгновенным значением мощности теплового процесса. Тепловая мощность процесса находится из теплообмена калориметра с оболочкой. Такие калориметры, разработанные французским физиком Э. Кальве, представляют собой металлический блок с каналами, в которые помещают цилиндрические ячейки. В ячейке проводится исследуемый процесс; металлический блок играет роль оболочки (температура его поддерживается постоянной с точностью до 10 −5 —10 −6 К). Разность температур ячейки и блока измеряется термобатареей, имеющей до 1000 спаев. Теплообмен ячейки и ЭДС термобатареи пропорциональны малой разности температур, возникающей между блоком и ячейкой, когда в ней выделяется или поглощается теплота. В блок помещают чаще всего две ячейки, работающие как дифференциальный калориметр: термобатареи каждой ячейки имеют одинаковое число спаев и поэтому разность их ЭДС позволяет непосредственно определить разность мощности потоков теплоты, поступающей в ячейки. Этот метод измерений позволяет исключить искажения измеряемой величины случайными колебаниями температуры блока. На каждой ячейке монтируют обычно две термобатареи: одна позволяет скомпенсировать тепловую мощность исследуемого процесса на основе эффекта Пельтье, а другая (индикаторная) служит для измерения нескомпенсированной части теплового потока. В этом случае прибор работает как дифференциальный компенсационный калориметр При комнатной температуре такими калориметрами измеряют тепловую мощность процессов с точностью до 1 мкВт.

Читайте так же:
Можно ли нарастить провод датчика температуры теплого пола

Названия калориметров [ править | править код ]

Обычные названия калориметров — «для химической реакции», «бомбовый», «изотермический», «ледяной», «низкотемпературный» — имеют историческое происхождение и указывают главным образом на способ и область использования калориметров, не являясь ни полной, ни сравнительной их характеристикой.

Общая классификация калориметров [ править | править код ]

Общую классификацию калориметров можно построить на основе рассмотрения трёх главных переменных, определяющих методику измерений: температуры калориметрической системы Tc; температуры оболочки To, окружающей калориметрическую систему; количества теплоты L, выделяемой в калориметре в единицу времени (тепловой мощности).

Калориметры с постоянными Tc и To называют изотермическим; с Tc = To — адиабатическим; калориметр, работающий при постоянной разности температур TcTo, называют калориметром с постоянным теплообменом; у изопериболического калориметра (его ещё называют калориметром с изотермической оболочкой) постоянна To, а Tc является функцией тепловой мощности L.

Факторы, влияющие на окончательный результат измерений [ править | править код ]

Важным фактором, влияющим на окончательный результат измерений, является надёжная работа автоматических регуляторов температуры изотермических или адиабатических оболочек. В адиабатическом калориметре температура оболочки регулируется так, чтобы она была всегда близка к меняющейся температуре калориметрической системы. Адиабатическая оболочка — лёгкая металлическая ширма, снабженная нагревателем, — уменьшает теплообмен настолько, что температура калориметра меняется лишь на несколько десятитысячных град/мин. Часто это позволяет снизить теплообмен за время калориметрического опыта до незначительной величины, которой можно пренебречь. В случае необходимости в результаты непосредственных измерений вводится поправка на теплообмен, метод расчёта которой основан на законе теплообмена Ньютона — пропорциональности теплового потока между калориметром и оболочкой разности их температур, если эта разность невелика (до 3-4 °C).

Для калориметра с изотермической оболочкой теплоты химической реакции могут быть определены с погрешностью до 0,01 %. Если размеры калориметра малы, температура его изменяется более чем на 2-3 °C и исследуемый процесс продолжителен, то при изотермической оболочке поправка на теплообмен может составить 15-20 % от измеряемой величины и существенно ограничить точность измерений. В этих случаях целесообразнее применять адиабатическую оболочку.

При помощи адиабатического калориметра определяют теплоёмкость твёрдых и жидких веществ в области от 0,1 до 1000 К. При комнатных и более низких температурах адиабатический калориметр, защищённый вакуумной рубашкой, погружают в сосуд Дьюара, заполненный жидким гелием, водородом или азотом. При повышенных температурах (выше 100 °C) калориметр помещают в термостатированную электрическую печь.

Тепловое действие тока калориметр

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Метод определения удельной теплоемкости

Building materials. Method of specific heat determination

Дата введения 1979-01-01

РАЗРАБОТАН Государственным комитетом СССР по делам строительства

И.Н.Бутовский, канд. техн. наук (руководитель темы); О.А.Веретельникова

ВНЕСЕН Государственным комитетом СССР по делам строительства

Член Коллегии В.И.Сычев

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства от 14 июля 1978 г. N 130

Срок действия установлен с 01.01.1979 г.

Настоящий стандарт распространяется на строительные материалы и устанавливает метод определения их удельной теплоемкости в диапазоне температур от плюс 20 до 100 °С.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Удельная теплоемкость — количество теплоты, поглощаемое единицей массы материала при нагревании на 1 °С, выражается в ккал/(кг·°С) или Дж/(кг·К).

1.2. Метод определения удельной теплоемкости основан на измерении количества теплоты, отданной калориметру образцом известной массы, нагретым до заданной температуры.

1.3. Удельную теплоемкость в выбранном температурном интервале калориметрического опыта вычисляют из уравнения теплового баланса.

1.4. Для учета теплоты, поглощаемой во время опыта самим калориметром, а также тепловых потерь в уравнение теплового баланса вводится значение водяного эквивалента калориметра.

1.5. Водяной эквивалент калориметра — это количество дистиллированной воды в граммах, которое при изменении температуры на 1 °С поглощает такое же количество теплоты, что и калориметр.

1.6. Водяной эквивалент калориметра определяется предварительно экспериментальным путем с помощью медного эталона с известным значением теплоемкости.

1.7. Определение удельной теплоемкости производят в лабораторных условиях при температуре воздуха в помещении 20±2 °С.

2.1. Установка для определения удельной теплоемкости, конструктивная схема которой приведена на черт.1, включает:

электронагреватель для нагрева до заданной температуры капсулы с образцом или эталона. Электронагреватель представляет собой металлическую трубку длиной 250 мм, диаметром 37-45 мм, на которую по слою асбеста толщиной 3-5 мм укладывают 70 витков нихромовой проволоки диаметром 0,7 мм, затем слой асбеста толщиной 15-20 мм и дюралевую фольгу-кожух. Электронагреватель имеет две теплоизоляционные крышки: верхнюю с прорезью для нити подвеса капсулы и термопары и нижнюю с прорезью для нити подвеса капсулы. Электронагреватель должен перемещаться по вертикали по штативу магнитной мешалки и вокруг штатива;

калориметр, представляющий собой сосуд Дьюара емкостью 500-1000 мл, помещенный в опорный водонепроницаемый цилиндрический кожух без дна с теплоизоляционной крышкой, имеющей прорезь для нити подвеса капсулы и паз для установки термометра Бекмана. В калориметр с дистиллированной водой во время опыта опускается для остывания нагретая капсула с образцом или эталон;

метастатический термометр Бекмана со шкалой 5 °С, с ценой делений шкалы 0,01 °С для измерения температуры калориметра и холодных спаев термопары с точностью до 0,01 °С;

водонепроницаемую цилиндрическую капсулу для образца испытываемого материала (см. черт.2). Капсула представляет собой медный или латунный стакан емкостью 25-27 см с навинчивающейся крышкой. В центре крышки припаяна гильза для термопары. Между фланцами крышки и стакана должна быть прокладка из паранита, обеспечивающая водонепроницаемость капсулы. Скобу для подвески капсулы припаивают так, чтобы подвешенная капсула находилась в горизонтальном положении;

эталон для определения водяного эквивалента калориметра. Эталон размерами 50х25х5 мм изготавливают из меди по ГОСТ 859-78* со сквозным отверстием диаметром 2 мм для нити подвеса и гнездом диаметром 3 мм и глубиной 25 мм для термопары;

Читайте так же:
Тепловая мощность проводника с током

* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 859-2001. — Примечание изготовителя базы данных.

проградуированную хромель-копелевую термопару из проволоки диаметром 0,2-0,3 мм по ГОСТ 1790-77 для измерения температуры капсулы с образцом или эталона в электронагревателе;

измеритель термо-э.д.с. термопары капсулы — электронный цифровой вольтметр по ГОСТ 22261-76*, обеспечивающий измерение температуры нагретой капсулы с образцом или эталона с точностью до 0,15 °С;

* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 22261-94. — Примечание изготовителя базы данных.

термос бытовой емкостью 1 л для термостатирования холодных спаев термопары;

автотрансформатор или стабилизированный источник постоянного напряжения для питания электронагревателя переменным или постоянным током;

секундомер типа С-1 — 2а по ГОСТ 5072-72* для отсчета времени опыта с точностью до 1 с.

* Документ не действует. Взамен действуют ТУ 25-1819.0021-90 и ТУ 25-1894.003-90, являющиеся авторской разработкой. За информацией о документе Вы можете обратиться в Службу поддержки пользователей. — Примечание изготовителя базы данных.

КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ

Период нагрева капсулы с образцом

Момент сброса капсулы с образцом

1 — калориметр; 2 — электронагреватель; 3 — капсула с образцом; 4 — магнитная мешалка; 5 — стержень магнитной мешалки; 6 — штатив магнитной мешалки; 7 — термометр Бекмана; 8 — термопара; 9 — термос с холодными спаями термопары; 10 — крышка (верхняя) электронагревателя; 11 — крышка (нижняя) электронагревателя; 12 — крышка калориметра; 13 — крышка термоса

Конструкция водонепроницаемой цилиндрической капсулы для образца

1 — навинчивающаяся крышка с гильзой для термопары; 2 — цилиндрический стакан

2.2. В комплекте установки допускается применять и другие средства измерений, обеспечивающие соблюдение требований, указанных в п.2.1.

3. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ

3.1. Подготовка образца

3.1.1. Исследуемый материал высушивают до постоянной массы. Температура сушки определяется видом материала и не должна вызывать в нем деструктивных изменений.

3.1.2. Материал измельчают до размеров частиц не более 5 мм. Высушенный материал засыпают в капсулу и уплотняют трамбованием вручную в четыре слоя.

3.1.3. Массу образца с точностью до 0,001 г определяют по разности масс капсулы наполненной и пустой.

Масса образца должна быть не менее 5 г.

3.2. Подготовка электронагревателя

3.2.1. При подготовке электронагревателя определяют зависимость его температуры от напряжения питания в соответствии с пп.3.2.2-3.2.5.

3.2.2. В центре электронагревателя подвешивают на нейлоновой нити эталон с вставленной термопарой, присоединенной к измерителю термо-э.д.с.

3.2.3. Холодные спаи термопары опускают в термос с водой комнатной температуры, измеренной с точностью до 1 °С.

3.2.4. Электронагреватель закрывают двумя крышками и включают нагрев при различных значениях напряжения в диапазоне 15-25 В с шагом 2 В. Температура электронагревателя определяется для каждого значения напряжения путем деления показаний вольтметра в мкВ на удельную термо-э.д.с. термопары, полученную при ее градуировке, и сложения частного с температурой холодных спаев

3.2.5. Для определения зависимости температуры электронагревателя от напряжения учитывают только постоянные значения температуры электронагревателя при данном напряжении. Температура считается постоянной, если три ее замера, произведенные последовательно через 5 мин, отличаются не более чем на 0,15 °С.

3.3. Определение водяного эквивалента калориметра

3.3.1. Водяной эквивалент калориметра определяют перед сдачей установки в эксплуатацию и далее раз в месяц, а также при замене калориметра, изменении температурного интервала калориметрического опыта более чем на ±1 °С и изменении температуры помещения более чем на ±3 °С.

3.3.2. Водяной эквивалент калориметра определяют в соответствии с пп.4 и 5, заменяя в опыте капсулу с образцом медным эталоном.

3.4. Подготовка калориметра

3.4.1. В бытовой термос наливают 1 л дистиллированной воды температурой 20,5±0,5 °С.

3.4.2. Термометр Бекмана настраивают на диапазон 20-25 °С.

3.4.3. Калориметр со стержнем магнитной мешалки в нем взвешивают с точностью до 0,1 г и наливают в него из термоса 300 мл дистиллированной воды. Массу воды с точностью до 0,1 г определяют по разности масс наполненного и пустого калориметра.

3.4.4. Калориметр устанавливают на магнитную мешалку, проверяют вращение стержня мешалки и закрывают его крышкой.

3.4.5. Термометр Бекмана и холодные спаи термопары опускают в термос с оставшейся в нем водой и плотно закрывают его крышкой.

3.4.6. Калориметр и термос выдерживают не менее 30 мин до начала замеров температуры.

4. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

4.1. Для определения удельной теплоемкости капсулу с образцом и вставленной термопарой, присоединенной к измерителю термо-э.д.с., подвешивают на нейлоновой нити в центре электронагревателя.

4.2. Электронагреватель включают на нагрев, установив напряжение, при котором поддерживается выбранная для опыта температура. Температуру электронагревателя устанавливают в зависимости от вида исследуемого материала. Она не должна вызывать деструктивных изменений в испытываемом образце. Для обеспечения необходимой точности измерений калориметр должен нагреться не менее чем на 1 °С, поэтому при минимальной массе образца (5 г) температура нагрева капсулы с образцом должна быть не менее чем на 50 °С выше температуры калориметра.

4.3. Капсулу с образцом нагревают до выбранной постоянной температуры.

4.4. Температуру холодных спаев термопары в термосе определяют после прогрева капсулы термометром Бекмана с точностью до 0,01 °С.

4.5. После определения температуры термоса термометр Бекмана высушивают марлевым тампоном и опускают в калориметр. Через 15 мин включают магнитную мешалку и начинают регистрацию температуры калориметра с точностью до 0,01 °С через каждые 5 мин. Время фиксируют по секундомеру.

4.6. Горячую капсулу с образцом опускают в калориметр через 15 мин после включения магнитной мешалки, не снимая верхней крышки электронагревателя. Калориметр закрывают крышкой. Термопара остается внутри электронагревателя. Оси электронагревателя и калориметра совмещают только в момент сброса, остальное время электронагреватель должен быть отведен в сторону для предотвращения теплового взаимодействия электронагревателя с калориметром.

Читайте так же:
Тепловое действие тока закон джоуля ленца тест 8 класс

4.7. Температуру калориметра с капсулой в нем измеряют с интервалом в 1 мин в течение 20 мин. При определении водяного эквивалента калориметра температуру измеряют в течение 10 мин.

4.8. После проведения измерений температуры капсулу с образцом высушивают марлевым тампоном и взвешивают. Если масса капсулы с образцом увеличилась более чем на 0,005 г, произведенный опыт считают недействительным.

5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

5.1. По результатам измерений строят график зависимости температуры калориметра от времени в масштабе: 1 °С соответствует 100 мм по оси ординат, 1 мин соответствует 5 мм по оси абсцисс (см. черт.3).

Экспериментальный график

5.2. По графику определяют:

температуру калориметра в момент погружения капсулы с образцом или эталона в калориметр так как отсчет температуры калориметра и погружение не совпадают по времени;

Реакционные калориметры

Реакционные калориметры для скрининга, разработки процессов и исследования их безопасности

  • Обзор
  • Модели
  • Обслуживание
  • Документация
  • Подробнее

Что такое реакционный калориметр?

Ученые, занимающиеся химическими и фармацевтическими разработками, используют реакционный калориметр для измерения количества энергии, выделяемой или поглощаемой в ходе химического или физического превращения.

Калориметр состоит из реакционного сосуда выбираемого объема с мешалкой, в котором температура реакционной массы отслеживается и точно регулируется вместе со всеми критическими параметрами процесса.

С помощью реакционного калориметра можно исследовать химические реакции в условиях, подобных производственным, получая полный набор данных о масштабируемости и безопасности процесса.

В зависимости от стадии разработки исследователю может потребоваться дополнительная информация. Дополнительные данные (например, данные ИК-спектрометрии или ВЭЖХ и т. п.) можно накапливать и интегрировать с данными измерений теплового потока.

Что такое реакционная калориметрия?

Реакционная калориметрия позволяет измерить тепловой эффект химической реакции или физического процесса и оценить основные термодинамические и кинетические параметры реакции.

Получаемая информация необходима для оценки изменения тепловыделения химической реакции с течением времени, что важно для обеспечения безопасности при переносе процесса из лабораторных в промышленные условия.

Реакционная калориметрия выявляет неожиданные эффекты, позволяет обнаруживать и количественно оценивать любые проблемы масштабирования. Этот метод также помогает обнаруживать проблемы, связанные с тепломассопереносом или перемешиванием, позволяет определить подходящую температуру, режим перемешивания или дозирования для конкретной реакции или процесса. Полученные данные можно использовать для оценки рисков, определения пределов масштабируемости и критических режимов процесса.

Данные реакционной калориметрии используются для характеристики, оптимизации и изучения параметров процесса в точно регулируемой и воспроизводимой среде, а также для обеспечения безопасного масштабирования и передачи в производство.

Что такое калориметрия теплового потока?

Калориметрия теплового потока — самый простой и надежный метод для измерения количества тепла, выделяемого в результате химической реакции или физического процесса. Он поддерживается всеми рабочими станциями реакционной калориметрии МЕТТЛЕР ТОЛЕДО. Метод применим для большинства процессов, отличается высокой чувствительностью и превосходной воспроизводимостью результатов.

Принцип калориметрии теплового потока основан на измерении разности температур между реакционной массой и стенкой реактора. Измеренная разность затем пересчитывается в тепловой поток с помощью калибровочного коэффициента.

Калибровочный коэффициент зависит от теплопроводности и толщины стенки реактора, теплового сопротивления пленки реакционной массы, теплового сопротивления пленки теплоносителя и площади теплообмена. Он определяется с помощью электрического нагревателя.

Метод калориметрии теплового потока применим как в малом, так и в большом масштабе и является основой для всех проектов разработки, масштабирования и контроля безопасности химических процессов.

Реакционные калориметры для скрининга, разработки процессов и исследования их безопасности

EasyMax 102 HFCal,EasyMax 402 HFCal и Optimax HFCal — это малогабаритные калориметры, сочетающие достоинства рабочих станций синтеза и реакционных калориметров. Малогабаритные реакционные калориметры предназначены для скрининга безопасности процесса и получения данных о реакции на ранних стадиях разработки.

Реакционный калориметр RC1mx является отраслевым «золотым стандартом» в области изучения тепловых профилей, химической конверсии и теплопереноса в условиях, близких к реальным. Реакционный калориметр RC1mx — это современная аналитическая система, центральное место в которой занимает высокоэффективный термостат. Калориметр RC1mx помогает инженерам-технологам и специалистам по безопасности определять все критические параметры и оптимизировать химические процессы, чтобы снизить риски при масштабировании.

Каковы преимущества реакционной калориметрии?

Реакционные калориметры способствуют эффективному и безопасному масштабированию процессов.

При переносе реакции из лаборатории в производство могут возникать проблемы, связанные с изменением масштаба процесса. В худшем случае неизученные риски могут привести к неуправляемой реакции с последующим взрывом. Наиболее частыми причинами термических инцидентов считаются:

  • Недостаточное понимание механизма реакции и химической термодинамики процесса
  • Недостаточное охлаждение
  • Неэффективный или неподходящий режим перемешивания
  • Человеческий фактор

Инцидентов можно избежать, уделив внимание сбору и анализу соответствующих данных на этапе лабораторных исследований. Лабораторное исследование с использованием реакционных калориметров выполняется в условиях, приближенных к реальным, поэтому результаты можно экстраполировать на более масштабные процессы.

Реакционная калориметрия обеспечивает глубокое понимание процесса. Необходимые процедуры можно выполнять регулярно, надежно и в соответствии с заданным стандартом качества.

Можно ли получить точные калориметрические данные в любых условиях?

Точные данные о тепловыделении необходимы для перехода от лабораторного к промышленному масштабу. Высокоэффективная система нагрева и охлаждения в сочетании с чувствительной системой измерения и регулирования температуры способствуют получению точной тепловой характеристики химической реакции. Такая характеристика включает сведения о тепловом эффекте реакции, общем балансе теплового потока, массо- и теплопереносе, а также удельной теплоемкости реакционной массы.

Общий тепловой баланс химического процесса складывается из множества тепловых эффектов, таких как накопление тепла, теплообмен при добавлении реагента или растворителя, тепловой эффект, вызванный изменением вязкости, тепловые потери и т. д.

Для процессов, протекающих при переменной температуре, накопление тепла становится важным фактором при расчете теплового эффекта реакции (выделяемое тепло как функция времени).

В реакционных калориметрах и программном пакете iControl МЕТТЛЕР ТОЛЕДО используются сложные алгоритмы расчета. Они учитывают динамические характеристики стенки реактора, теплоемкость корпуса и внутренних элементов реактора, обеспечивая максимальную точность калориметрических данных.

Читайте так же:
Тепловой выключатель своими руками

Калориметрия химической реакции в режиме реального времени

Для принятия правильных решений в ходе разработки и оптимизации химических процессов требуется большой объем данных разного типа. Обычно аналитические данные, такие как ИК-спектры, комбинационное рассеяние, гранулометрический состав или концентрация, получают в режиме реального времени. Несомненно, большую помощь в изучении химических процессов может оказать своевременное получение информации о тепловыделении.

Реакторы, которые позволяют контролировать выделение тепла в режиме реального времени, обеспечивают моментальное получение информации о ходе реакции и оперативное принятие корректирующих мер. Оперативные данные о тепловыделении часто используются для управления процессом путем регулирования его критических параметров, таких как скорость добавления реагентов, давление, интенсивность перемешивания и др.

Реактор RTCal с поддержкой средств технологии анализа процессов (PAT) предназначен для контроля реакций в режиме реального времени. Он предоставляет ценную информацию о тепловом эффекте реакции и не требует от пользователя специальной подготовки. Метод RTCal основан на измерении теплового потока сквозь стенку реактора с помощью встроенных датчиков.

Такой метод измерения не зависит от свойств реакционной массы и происходящих в ней изменений. Калибровка датчиков не требуется ни до, ни после, ни во время измерения, что значительно сокращает длительность эксперимента.

Эффективная разработка безопасных масштабируемых процессов

Если требуется перенести новый или модифицированный процесс из лаборатории в производство, необходимо изучить различные аспекты, которые могут иметь решающее значение или повлиять на производительность и результат процесса. В некоторых случаях, когда масштабирование не удается из-за высокой стоимости или дефицита исходных материалов, условий, которые трудно контролировать в больших аппаратах, или потенциальных угроз безопасности, процесс приходится модифицировать. Это требует анализа переменных, зависящих от масштаба, таких как скорость дозирования, режим перемешивания или массоперенос. Однако одним из ключевых факторов, влияющих на безопасность при переносе процесса в производство, является оценка общего количества теплоты, скорости тепловыделения, накопления продуктов (реагентов) или энергии, а также стабильности реакционной массы и ее отдельных компонентов.

Реакционная калориметрия дает представление о критических параметрах и их влиянии на процесс, технологичность, выход и качество конечного или промежуточного продукта.

Непосредственная интеграция в реакционный калориметр аналитических датчиков или средств автоматического отбора проб значительно увеличивает ценность исследования, так как на химические реакции влияют многие параметры, в том числе концентрация, скорость добавления, температура, растворитель, катализатор и значение pH.

Эксперименты с интенсивной обработкой данных, включая калориметрическую и аналитическую информацию, способствуют быстрой разработке безопасных и стабильных процессов и их эффективному переносу из лаборатории на производство.

Калориметрический скрининг безопасности процесса

Чтобы вывести на рынок новый химический или фармацевтический продукт, необходимы творческий подход к исследованиям, инновационные идеи и современные методы, которые повышают эффективность разработки.

Материалов для анализа может быть недостаточно, поэтому эксперименты проводятся с небольшими объемами, однако к точности данных предъявляются высокие требования. Для оценки возможностей масштабирования и выявления потенциальных проблем безопасности на ранней стадии разработки крайне важно, чтобы данные, применяемые для статистического анализа и планирования экспериментов, а также сами эксперименты, основанные на стандартных процедурах, были достоверными. Это позволит повысить эффективность разработки химических процессов и обеспечить безопасное масштабирование при невысоких затратах.

Комплексные исследования безопасности процессов

В химической и фармацевтической промышленности часто используются сложные химические процессы с выделением большого количества энергии. Глубокое понимание и всестороннее изучение связанных с ними потенциальных рисков — необходимое условие безопасности химического и фармацевтического производства. Необходимо изучить термодинамику не только целевой реакции, но и возможных нежелательных реакций.

С помощью реакционного калориметра RC1mx исследователи получают надежные данные для достоверного расчета параметров безопасности основной реакции. Программное обеспечение iC Safety выполняет анализ экспериментальных данных, объединяет эту информацию с характеристиками побочных реакций (накопление тепла, адиабатический рост температуры, максимальная температура реакции синтеза и др.) и представляет сведения в компактном и наглядном виде (таблицы, диаграммы разгона или диаграммы безопасности).

Литература по реакционной калориметрии

Безопасность химических процессов и методы ее контроля с использованием реакционных калориметров упоминаются во многих публикациях, в том числе:

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПО ФИЗИКЕ по учебнику А.В. Перышкина «Физика. 8 класс»
учебно-методический материал по физике (8 класс) по теме

Настоящая программа составлена на основе авторской программы: «Физика. 7-9 классы» под редакцией Е. М. Гутник, А. В. Перышкина.

При реализации рабочей программы используется УМК Перышкина А. В, Гутник Е. М., входящий в Федеральный перечень учебников на 2013-2014 учебный год, утвержденный Министерством образования и науки РФ.

Рабочая программа разработана на основе федерального базисного учебного плана (приказ МО РФ от 09.03.04. года № 1312 «Об утверждении федерального базисного учебного плана и примерных учебных планов для образовательных учреждений Российской Федерации, реализующих программу общего образования»).

Программа детализирует и раскрывает содержание стандарта, определяет общую стратегию обучения, воспитания и развития учащихся средствами учебного предмета в соответствии с целями изучения физики, которые определены стандартом.

Скачать:

ВложениеРазмер
rabochaya_programma_po_fizike._8_klass.doc379.5 КБ

Предварительный просмотр:

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 262

КРАСНОСЕЛЬСКОГО РАЙОНА САНКТ-ПЕТЕРБУРГА

Директор ГБОУ СОШ № 262

«30» августа 2013 г.

Заместитель директора по УР

«30» августа 2013 г.

На заседании МО

___ естественно – научного цикла __

от 30 августа 2013 г.

по предмету «Физика»

2013-2014 учебный год

Потехина Светлана Владимировна

Раздел I. Пояснительная записка

Нормативная основа программы

Настоящая программа составлена на основе авторской программы: «Физика. 7-9 классы» под редакцией Е. М. Гутник, А. В. Перышкина.

При реализации рабочей программы используется УМК Перышкина А. В, Гутник Е. М., входящий в Федеральный перечень учебников на 2013-2014 учебный год, утвержденный Министерством образования и науки РФ.

Рабочая программа разработана на основе федерального базисного учебного плана (приказ МО РФ от 09.03.04. года № 1312 «Об утверждении федерального базисного учебного плана и примерных учебных планов для образовательных учреждений Российской Федерации, реализующих программу общего образования»).

Программа детализирует и раскрывает содержание стандарта, определяет общую стратегию обучения, воспитания и развития учащихся средствами учебного предмета в соответствии с целями изучения физики, которые определены стандартом.

  • Примерные программы по физике.
  • Программы для общеобразовательных учреждений. Физика Астрономия, 7-11 классы; Москва, Дрофа, 2008 г.
  • Образовательная программа ГБОУ СОШ № 262 Красносельского района Санкт-Петербурга.
  • Учебный план ГБОУ СОШ № 262 Красносельского района Санкт-Петербурга – 2013.

Рабочая программа по физике представляет собой целостный документ, включающий пять разделов: пояснительную записку; учебно-тематический план; содержание тем учебного курса; требования к уровню подготовки учащихся; перечень учебно-методического обеспечения.

Общая характеристика учебного предмета

Физика как учебный предмет в системе основного общего образования играет фундаментальную роль в формировании у учащихся системы научных представлений об окружающем мире, основ научного мировоззрения, составляя, по образному выражению лауреата Нобелевской премии И. Раби, сердцевину гуманитарного образования. В процессе изучения физики решаются задачи развития интеллектуальных способностей и познавательных интересов школьников, овладения ими основами диалектического мышления, привития вкуса к постановке и разрешению проблем. Приобретённые школьниками физические знания являются в дальнейшем базисом при изучении химии, биологии, физической географии, технологии, ОБЖ. Это требует самого тщательного отбора содержания предметного наполнения дисциплины и методов её изучения.
Современные дидактико-психологические тенденции связаны с вариативным развивающим образованием и определены требованиями ФГОС. Педагогические и дидактические принципы вариативного развивающего образования составляют основу данной программы.

Личностно ориентированные принципы: принцип адаптивности; принцип развития; принцип комфортности.

Культурно ориентированные принципы: принцип картины мира; принцип целостности содержания образования; принцип систематичности; принцип смыслового отношения к миру; принцип ориентировочной функции знаний; принцип опоры на культуру как мировоззрение и как культурный стереотип.

Деятельностно ориентированные принципы: принцип обучения деятельности; принцип управляемого перехода от деятельности в учебной ситуации к деятельности в жизненной ситуации; принцип перехода от совместной учебно-познавательной деятельности к самостоятельной деятельности учащегося (зона ближайшего развития); принцип опоры на процессы спонтанного развития; принцип формирования потребности в творчестве и умений творчества.

Физика как наука о наиболее общих законах природы, выступая в качестве учебного предмета в школе, вносит существенный вклад в систему знаний об окружающем мире. Она раскрывает роль науки в экономическом и культурном развитии общества, способствует формированию современного научного мировоззрения. Для решения задач формирования основ научного мировоззрения, развития интеллектуальных способностей и познавательных интересов школьников в процессе изучения физики основное внимание следует уделять не передаче суммы готовых знаний, а знакомству с методами научного познания окружающего мира, постановке проблем, требующих от учащихся самостоятельной деятельности по их разрешению. Подчеркнем, что ознакомление школьников с методами научного познания предполагается проводить при изучении всех разделов курса физики, а не только при изучении специального раздела «Физика и физические методы изучения природы». Гуманитарное значение физики как составной части общего образовании состоит в том, что она вооружает школьника научным методом познания, позволяющим получать объективные знания об окружающем мире. Знание физических законов необходимо для изучения химии, биологии, физической географии, технологии, ОБЖ.
Курс физики в программе основного общего образования структурируется на основе рассмотрения различных форм движения материи в порядке их усложнения: механические явления, тепловые явления, электромагнитные явления, квантовые явления. Физика в основной школе изучается на уровне рассмотрения явлений природы, знакомства с основными законами физики и применением этих законов в технике и повседневной жизни.
Изучение физики в образовательных учреждениях основного общего образования направлено на достижение следующих целей :

• освоение знаний о механических, тепловых, электромагнитных и квантовых явлениях; величинах, характеризующих эти явления; законах, которым они подчиняются; методах научного познания природы и формирование на этой основе представлений о физической картине мира;

• овладение умениями проводить наблюдения природных явлений, описывать и обобщать результаты наблюдений, использовать простые измерительные приборы для изучения физических явлений; представлять результаты наблюдений или измерений с помощью таблиц, графиков и выявлять на этой основе эмпирические зависимости; применять полученные знания для объяснения разнообразных природных явлений и процессов, принципов действия важнейших технических устройств.

Для решения физических задач :

• развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей, самостоятельности в приобретении новых знаний при решении физических задач и выполнении экспериментальных исследований с использованием информационных технологий;

• воспитание убежденности в возможности познания природы, в необходимости разумного использования достижений науки и технологий для дальнейшего развития человеческого общества, уважения к творцам науки и техники; отношения к физике как к элементу общечеловеческой культуры;

• применение полученных знаний и умений для решения практических задач повседневной жизни, для обеспечения безопасности своей жизни, рационального природопользования и охраны окружающей среды.

Место предмета на этой ступени обучения

Федеральный базисный учебный план для образовательных учреждений Российской Федерации отводит 210 часов для обязательного изучения физики на ступени основного общего образования. В том числе в VII классе 70 учебных часов из расчета 2 учебных часа в неделю. В примерной программе предусмотрен резерв свободного учебного времени в объеме 5 часов (7%) для реализации авторских подходов, использования разнообразных форм организации учебного процесса, внедрения современных методов обучения и педагогических технологий, учета местных условий.

Количество учебных часов

Программа рассчитана на 2 часа в неделю. Общее количество часов на изучение физики в 8 классе составляет 70 часов.

1 триместр – .23 часа

2 триместр – .24 часа

3 триместр – 23 часа

Из них: контрольные уроки – 4 часа; лабораторные работы – 10 часов.

Количество часов для контроля за выполнением практической части программы

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию