قياس الجاذبية الحرارية
ما هو تحليل الجاذبية الحرارية؟
قياس الجاذبية الحرارية أو تحليل الجاذبية الحرارية هو طريقة تحليلية تقيس تغيُّر الكتلة لعينة تتعرض لملف درجة حرارة مضبوطة من خلال درجة الحرارة. قد تخضع العينة لخطوات تسخين أو تبريد أو خطوات متساوية الحرارة. تشير إشارة القياس الناتجة عادةً إلى التغير المطلق للكتلة المطلقة بوحدة [مجم] والتغير النسبي للكتلة بوحدة [%].
هيكل الميزان الحراري
في قياس الثقل الحراري الكلاسيكي، عادةً ما توضع العينة في بوتقة من مادة خاملة (مثل البلاتين وأكسيد الألومنيوم والذهب …) وتوضع على جهاز استشعار في فرن يمكن التحكم في أجوائه ودرجات حرارته (المخطط 1).
مخطط تخطيطي لمحلل ثيرموغرافي حراري نموذجي
يتم توصيل المستشعر بميزان دقيق عالي الدقة يسجل التغير في الكتلة أثناء التجربة. تُستخدم موازين التعويض لهذا الغرض في معظم أجهزة تحليل قياس الثقل الحراري (المخطط 2).
ميزان شعاع عالي الدقة
الميزان التعويضي الكهروميكانيكي هو نسخة خاصة من الميزان الذي يعوض فيه مغناطيس كهربائي الكتلة المطبقة بواسطة مغناطيس كهربائي. وعلى وجه التحديد، يعوض المغناطيس قوة الوزن، حيث يتم تعريف الكتلة بالمعادلة:
نظرًا لأن قوة الجاذبية عادةً ما تكون معروفة بسبب المعايرة أو إذا تم استخدام ثقل موازن كما هو الحال في ترتيب القضبان، يمكن أن تؤدي قوة الوزن مباشرة إلى الكتلة. بالإضافة إلى أجهزة تحليل الثقل الحراري، تعمل الموازين المختبرية غالبًا وفقًا لنفس المبدأ.
أثناء خضوع العينة لتغير حراري، عادةً ما يتم الاحتفاظ بالميزان في بيئة درجة حرارة ثابتة مثل غرفة منفصلة أو على مسافة معينة من المستشعر.
يتم رصد درجة الحرارة الدقيقة للعينة بواسطة المزدوجات الحرارية التي تستخدم تأثير سيبيك لتحديد درجة الحرارة بدقة. يوضح الرسم البياني 3 قياسًا نموذجيًا لقياس الثقل الحراري (التغير النسبي للوزن كدالة لدرجة الحرارة).
منحنى نتائج قياس الثقل الحراري النموذجي
في أي المجالات يُستخدم قياس الجاذبية الحرارية؟
يُستخدم قياس الجاذبية الحرارية في العديد من الصناعات وفي الأبحاث. صناعات السيراميك الكيمياء البوليمر – والصناعات الإنشائية وكذلك تخزين الطاقة وأبحاث البطاريات وصناعة النفط، تستخدم أجهزة تحليل الثقل الحراري. تشمل التطبيقات النموذجية الدراسة العامة للتحلل الحراري، وتحديد الرماد أو المحتوى العضوي، ودراسات الامتصاص الوزني، ودراسات الثبات الحراري والأكسدة، وتحليل المواد وغيرها الكثير. هناك أيضًا مجالات متخصصة مثل الأبحاث النووية أو دراسات العمليات عالية الضغط التي تستخدم هذه التقنية.
يُعد قياس الثقل الحراري عنصرًا رئيسيًا في التحليل الحراري بشكل عام ويتبع المعايير الدولية ASTM D 3850 وE 914 وE 1131 وE 1868 وDIN 51006 وISO 7111 وISO 11358.