Messung der spezifischen Wärmekapazität

Messung der spezifischen Wärmekapazität cp mittles Dynamischen Differenzkalorimeter DDK (Englisch Differential Scanning Calorimeter - DSC).

Die spezifische Wärme oder Wärmekapazität CP bezeichnet die Menge an Energie, die benötigt wird, ein Kilogramm eines Materials genau um ein Kelvin zu erwärmen.

Dabei gibt es Stoffe, die eine hohe Wärmekapazität haben und damit viel Energie zum Aufheizen benötigen wie zum Beispiel Wasser, aber auch solche, die mit einem relativ kleinen Wert, sehr leicht zu erwärmen sind, wie zum Beispiel Eisen oder Blei. Die Bestimmung von CP ist vor allem dann interessant, wenn es um Energieverteilung beim Heizen, Nutzung von Abwärme, Wärmespeicherung, Dämmung oder Wärmewiderstände geht.

Bei fast allen Bauteilen ist der CP Wert heute bekannt und wird standardmäßig bestimmt. Dies beginnt natürlich schon in der Entwicklung von Materialien, von denen meist nur kleine Proben existieren.

Mittels DSC lässt sich die spezifische Wärme anhand von einer nur sehr geringen Probenmenge bestimmen, indem man über den gewünschten Temperaturbereich eine Messung gegen eine Saphirscheibe durchführt.

Saphir ist ein Material, dessen spezifische Wärme sich sehr linear mit der Temperatur verhält und das daher als Kalibrierstandard gut geeignet ist. Bei einer CP Messung wird die zu untersuchende Probe mit einer definierten Heizrate erwärmt und dabei die Wärmeaufnahme der Probe durch den Vergleich mit der Umgebung bestimmt.

Im Normalfall, wenn die Probe keine Phasenumwandlung oder Reaktion durchläuft, ist also die Probentemperatur immer etwas geringer als die Umgebungstemperatur bzw. in diesem Fall die Temperatur des Tiegels, in dem die Probe sich befindet. Aus dieser Differenz lässt sich dann anhand der Saphirkalibrierung die genaue Energiemenge berechnen, die beim Aufheizen in die Probe geflossen ist.