La capacità termica specifica è una proprietà termofisica fondamentale dei materiali ed è utile per valutare i materiali e le loro aree di applicazione. Può essere determinata mediante calorimetria dinamica a scansione differenziale (DSC) può essere determinata.
Un altro modo per determinare la capacità termica specifica è quello di utilizzare il metodo del filo riscaldante transitorio ( ASTM C1113-99 ). Il metodo in funzione del tempo fornisce risultati esatti e precisi per la determinazione dei valori termofisici Conducibilità termica λ , diffusività termica a e capacità termica specifica cp di gas e liquidi. L’aumento di temperatura viene misurato in un campione che viene riscaldato da un sottile filo riscaldante a una distanza nota. Il filo funge da fonte di calore Joule e allo stesso tempo da termometro a resistenza. Quando la temperatura aumenta, la resistenza del filo cambia e può quindi essere utilizzata per misurare la temperatura.
Già nel 1931, Stålhane e Pyk avevano misurato la conducibilità termica delle polveri utilizzando un apparecchio molto simile al metodo odierno; avevano trovato la seguente correlazione empirica:
Tenendo conto dell’equazione della conduzione del calore, la temperatura T del filo riscaldante come fonte di calore lineare a una distanza r dal filo in uno specifico momento t può essere calcolata come segue:
Equazione 2
In questo modo è possibile calcolare la conduttività termica λ utilizzando la variazione di temperatura in due momenti diversi, t1 e t2 :
Equazione 3
Poiché la conducibilità termica λ, la diffusività termica, la capacità termica specifica cp e la densità ρ sono correlate come segue,
la capacità termica specifica cppuò essere determinata utilizzando l’ equazione 3:
Metodo del ponte caldo transitorio (THB)
Un ulteriore sviluppo del metodo transiente a filo caldo è il metodo transiente a ponte caldo sviluppato dalla Physikalisch-Technische Bundesanstalt di Braunschweig, che è stato introdotto sul mercato europeo nel 2005 (vedi THB ).
Il sensore multi brevettato è il componente chiave. Mentre con il metodo del filo riscaldante viene utilizzata una sola striscia riscaldante, il THB utilizza quattro strisce riscaldanti a meandri. La divisione trasversale asimmetrica di ogni striscia e le diverse distanze tra le strisce, insieme a un circuito a ponte di Wheatstone, consentono di compensare efficacemente le deviazioni sistematiche significative della misurazione.
Il metodo del ponte caldo transitorio in funzione del tempo consente di misurare simultaneamente le proprietà termofisiche λ, a e cp di numerosi materiali e geometrie. Il metodo fornisce risultati per solidi e liquidi, nonché per polveri e paste, con un’elevata precisione di misurazione e un basso dispendio di tempo.
Il metodo di misurazione viene utilizzato per un’ampia gamma di applicazioni, tra cui la valutazione dei materiali per l’accumulo di calore e dei materiali isolanti, nonché l’analisi dei componenti elettronici e dei materiali utilizzati nelle nanotecnologie.
