Fázisátalakulások vizsgálata

Hasonló dokumentumok
Fázisátalakulások vizsgálata

Fázisátalakulások vizsgálata

Fajhő mérése. Mérő neve: Márkus Bence Gábor Mérőpár neve: Székely Anna Krisztina Szerda délelőtti csoport

Jegyzőkönyv. fázisátalakulás vizsgálatáról (6)

Fajhő mérése. Mérést végezte: Horváth Bendegúz Mérőtárs neve: Olar Alex Mérés ideje: Jegyzőkönyv leadásának ideje:

Fajhő mérése. (Mérési jegyzőkönyv) Hagymási Imre február 26. (hétfő délelőtti csoport)

Termoelektromos hűtőelemek vizsgálata

Fényhullámhossz és diszperzió mérése

Rugalmas állandók mérése

Mikroszkóp vizsgálata Folyadék törésmutatójának mérése

Nehézségi gyorsulás mérése megfordítható ingával

Mágneses szuszceptibilitás mérése

Mérésadatgyűjtés, jelfeldolgozás.

Mágneses szuszceptibilitás mérése

5. Fajhő mérése jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

Fényhullámhossz és diszperzió mérése

Rugalmas állandók mérése

A mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Newton-gyűrűkkel Folyadék törésmutatójának mérése Abbe-féle refraktométerrel

Modern Fizika Labor. 17. Folyadékkristályok

Rugalmas állandók mérése

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

Termodinamika (Hőtan)

Mágneses szuszceptibilitás mérése

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

2. KRISTÁLYOSSÁG MEGHATÁROZÁSA DSC ÉS SŰRŰSÉGVIZSGÁLATTAL

Modern Fizika Laboratórium Fizika és Matematika BSc 8. Alkáli spektrumok

Hőmérsékleti sugárzás

Modern Fizika Labor. 2. Az elemi töltés meghatározása. Fizika BSc. A mérés dátuma: nov. 29. A mérés száma és címe: Értékelés:

2. Laboratóriumi gyakorlat A TERMISZTOR. 1. A gyakorlat célja. 2. Elméleti bevezető

Polimerek fizikai, mechanikai, termikus tulajdonságai

Halmazállapot-változások

Sók oldáshőjének és jég olvadáshőjének meghatározása anizotermés hővezetéses kaloriméterrel

Egy részecske mozgási energiája: v 2 3 = k T, ahol T a gáz hőmérséklete Kelvinben 2 2 (k = 1, J/K Boltzmann-állandó) Tehát a gáz hőmérséklete

HŐMÉRSÉKLETMÉRÉS. Elsődleges etalonok / fix pontok / 1064,00 C Arany dermedéspontja. 961,93 C Ezüst dermedéspontja. 444,60 C Kén olvadáspontja

Peltier-elemek vizsgálata

Termodinamika. 1. rész

Modern Fizika Labor. 5. ESR (Elektronspin rezonancia) Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 25. A mérés száma és címe: Értékelés:

Termodinamika. Belső energia

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

Légköri termodinamika

Ón-ólom rendszer fázisdiagramjának megszerkesztése lehűlési görbék alapján

Belső energia, hőmennyiség, munka Hőtan főtételei

Jegyzőkönyv. mágneses szuszceptibilitás méréséről (7)

Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése

5. Sók oldáshőjének meghatározása kalorimetriás módszerrel. Előkészítő előadás

3. Termoelektromos hűtőelemek vizsgálata jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

TestLine - Fizika hőjelenségek Minta feladatsor

Fizika. Tanmenet. 7. osztály. 1. félév: 1 óra 2. félév: 2 óra. A OFI javaslata alapján összeállította az NT számú tankönyvhöz:: Látta: ...

HŐMÉRSÉKLETMÉRÉS. Elsődleges etalonok / fix pontok / 1064,00 C Arany dermedéspontja. 961,93 C Ezüst dermedéspontja. 444,60 C Kén olvadáspontja

(2006. október) Megoldás:

A szilárd testek alakja és térfogata észrevehetően csak nagy erő hatására változik meg. A testekben a részecskék egymáshoz közel vannak, kristályos

100 o C víz forrása 212 o F 0 o C víz olvadása 32 o F T F = 9/5 T C Példák: 37 o C (láz) = 98,6 o F 40 o C = 40 o F 20 o C = 68 o F

Modern Fizika Labor. 11. Spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: dec. 16. A mérés száma és címe: Értékelés: A beadás dátuma: dec. 21.

3. Az Sn-Pb ötvözetek termikus analízise, fázisdiagram megszerkesztése. Előkészítő előadás

Félvezetk vizsgálata

TANULÓI KÍSÉRLET (párban végzik-45 perc) Kalorimetria: A szilárd testek fajhőjének meghatározása

19. A fényelektromos jelenségek vizsgálata

FIZIKA. Ma igazán belemelegszünk! (hőtan) Dr. Seres István

Modern Fizika Laboratórium Fizika BSc 1. Hőmérsékleti sugárzás

HŐMÉRSÉKLET MÉRÉS I. Mérésadatgyűjtés, jelfeldolgozás. 2010/2011.BSc.II.évf.

Ellenállásmérés Ohm törvénye alapján

Modern Fizika Labor Fizika BSC

ÉPÜLETGÉPÉSZET ISMERETEK

Mérési hibák

Hőtan I. főtétele tesztek

Helyszíni beállítások táblázata

MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV. A mérés megnevezése: Potenciométerek, huzalellenállások és ellenállás-hőmérők felépítésének és működésének gyakorlati vizsgálata

Fizika feladatok. 1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből november 28. Hővezetés, hőterjedés sugárzással. Ideális gázok állapotegyenlete

Modern fizika laboratórium

Anyagtudomány. Ötvözetek egyensúlyi diagramjai (állapotábrák)

A hőtan fő törvényei, fő tételei I. főtétel A tárgyak, testek belső energiáját két módon lehet változtatni: Termikus kölcsönhatással (hőátadás, vagy

Az anyagok lehetséges állapotai, a fizikai körülményektől (nyomás, hőmérséklet) függően. Az anyagokat általában a normál körülmények között jellemző

Mérés: Millikan olajcsepp-kísérlete

Hőmérsékletmérés. Hőmérsékletmérés. TGBL1116 Meteorológiai műszerek. Hőmérő test követelményei. Hőmérő test követelményei

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 12. mérés: Infravörös spektroszkópia május 6.

Differenciálegyenletek a mindennapokban

10. mérés. Fényelhajlási jelenségek vizsgála

A II. kategória Fizika OKTV mérési feladatainak megoldása

Modern Fizika Laboratórium Fizika és Matematika BSc 14. Holográfia

Az alakítással bevitt energia hatása az ausztenit átalakulási hőmérsékletére

Jegyzőkönyv. hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálatáról (3)

Sugárzáson, és infravörös sugárzáson alapuló hőmérséklet mérés.

Helyszíni beállítások táblázata

A halmazállapot-változások

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

Energia. Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Kinetikus energia: a mozgási energia

2. Rugalmas állandók mérése jegyzőkönyv javított. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Egy nyíllövéses feladat

Atomi er mikroszkópia jegyz könyv

Differenciális pásztázó kalorimetria DSC. TMA DMA felszabaduló gázok mennyisége. Fejlődő gáz kimutatása Fejlődő gáz analízise

7. Mágneses szuszceptibilitás mérése


Modern Fizika Labor Fizika BSC

BME Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék 2. MÉRÉS

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Méréselmélet és mérőrendszerek 2. ELŐADÁS (1. RÉSZ)

H01 TEHERAUTÓ ÉS BUSZMODELL SZÉLCSATORNA VIZSGÁLATA

Az energia bevezetése az iskolába. Készítette: Rimai Anasztázia

Digitális tananyag a fizika tanításához

Átírás:

Fázisátalakulások vizsgálata Mérő neve: Márkus Bence Gábor Mérőpár neve: Székely Anna Krisztina Szerda délelőtti csoport Mérés ideje: 10/12/2011 Beadás ideje: 10/19/2011 1

1. A mérés rövid leírása Mérésem során egy adott, szilárd anyagminta fázisátalakulását kellett vizsgálnom felmelegítés és lehűtés hatására. A mérést az úgy nevezett DTA- (Differential Thermal Analysis) módszerrel végeztem. Meg kellett határoznom a minta olvadáspontját és az olvadáshoz szükséges hőmennyiséget. 2. Méréshez használt eszközök Adott minta Szabályozható hőmérsékletű kályha Termoelem hőmérők Műjég Digitális voltméter Precíziós digitális mérleg Mérőprogrammal ellátott számítógép 3. Rövid elméleti összefoglaló A természetben az ember által gyakran tapasztalt tény, hogy az anyagok szerkezete melegítés és hűtés hatására megváltozik. Az átalakulás folyamatát nevezzük fázisátalakulásnak. Azt kellett megvizsgálnom, hogy egy gyors felfűtés után a minta lassú visszafagyása, majd ezt követően lassú megolvasztása során milyen változásokon megy keresztül. Fontos megjegyeznem, hogy a minta olvadáspontja kellően alacsony volt, hogy a mérés a labor körülményei között megvalósítható legyen. Mérésemet a már fentebb említett DTA-módszerrel végeztem, ennek fő alkotóeleme egy kályha volt, melynek hőmérsékletét lineárisan tudtuk változtatni, és a környezettől egy vízhűtéses burok választotta el. A mintát a kályha közepében lévő tartóba kellett helyeznem, hőmérsékletét pedig egy ehhez forrasztott Ni-NiCr termoelemmel mértem. Ahhoz, hogy a hőmérsékletmérés pontos legyen a termoelemekhez szükséges egy fix hőmérsékleten tartott referenciapont. Mérésem során ezt egy úgy nevezett műjég szolgáltatta, melynek hőmérséklete nem sokkal szobahőmérséklet feletti volt. Ezt egy negatív visszacsatolású félvezetőelektronika tartotta stabil hőmérsékleten. A kályha hőmérsékletét egy kályhaszabályzóval tudtuk változtatni. Ezen meg kellett adni az elérendő hőmérsékletet, 2

illetve, hogy azt milyen sebességgel érje el. A gyors felfűtés során ez 10 C perc volt, míg a lassú mérések során 4 C. A DTA-mérési módszerről és az elrendezési struktúráról az [1] könyvben olvashatunk bővebben. perc Elméleti számításaink során a rendszert az egy-test modellel írjuk le. Ennek lényege, hogy a minta és mintatartó hőmérsékletét egyenlőnek vesszük, a jó hőkontaktus okán. Jelölje a mintatartó és a környezet közötti hőátadási együtthatót λ. Legyen továbbá T a mintatartó, T k a környezet hőmérséklete. A két rendszer között cserélt hőt jelölje Q. Felírható a Newton-féle lehűlési törvény: dq dt = λ(t T k). Mérés során a hőmérsékletet lineárisan változtatjuk, ezt az alábbi módon írhatjuk le: T k = T 0 + αt. Legelső mérésként egy gyors felfűtést (10 -es) végeztem. Ennek annyi jelentőssége van hogy lássuk, hogy hol kell majd a fázisátalakulást várnunk, illetve, hogy annak karakterisztikája nagyjából milyen alakot vesz fel. Ezen kívül, így biztosítjuk, hogy a hőkontaktus a tartó és a minta között jó legyen, mivel elterül a tartóban. Ezt követően az olvadáspont fölött 50 C-kal megálltam és elkezdtem visszahűteni a mintát, de már a lassabb 4 -es perc sebességgel. Mivel a program a könyvben előírt 40 percet nem tudja végigmérni, ezért minden mérésre csak maximum 30 perc állt rendelkezésre. A minta tulajdonságai, és a túlhűtés-túlfűtés jelensége miatt a hűtés során csak 30 C-kal mentünk az olvadáspont alá. Az újabb felfűtést is a lassabb sebességen végeztem. A kályha fűtése során a mintatartó (és az ezzel egynek tekintett minta) T hőmérséklete lemaradt a környezet T k hőmérsékletétől. Miután a kezdeti, tranziens szakasz befejeződik a két hőmérséklet párhuzamosan halad egymással, mindaddig, amíg a fázisátalakulás be nem következik. Az egyenest, amihez a hőmérséklet ilyenkor beáll alapvonalnak nevezzük. A fázisátalakulás során a minta hőmérséklete állandó marad, majd ennek befejeztével egy exponenciális görbe mentén ismét beáll az alapvonalhoz. Ismert, hogy a T (t) T k (t) hőmérsékletkülönbség és az alapvonal által bezárt görbe területe (F ) arányos a minta által felvett vagy leadott hővel: Q = λf, C perc Innen kifejezhető, a minta tömegét ismerve a fajlagos fázisátalakulási hő: q = Q m = λf m. C 3

4. Mérési eredmények Az első, gyors felfűtési mérést nem kellett kiértékelnem, mivel ez csak ahhoz kell, hogy körülbelüli adatokat szerezzünk a további mérésekhez, illetve, hogy a rendszert az egy-test modellel jellemezhessük 4.1. Lassú lehűtés A mintát lassan hűtöttük. A mért adatok kiértékelését a laborprogramok segítségével végeztem (a honlapról letöltött csomagban két DTA kiértékelő van, ezek között nem láttam érdembeli különbséget, így a kiértékelést a dta1.exe programmal végeztem). A készült grafikonok: Hõmérséklet (C) 230 220 210 200 190 14 16 18 20 22 24 Idõ (perc) 1. ábra. Lassú hűtés T k (t) és T (t) grafikonja 4

Hõmérséklet (C) 20 15 10 5 16 18 20 22 24 26 Idõ (perc) 2. ábra. Lassú hűtés T (t) T k (t) grafikonja Az első grafikonról leolvashatjuk a fagyás hőmérsékletét: Tolv 1 = 229.42 C, a másodikról pedig a meghatározhatjuk a bezárt területet: F hűt = 25.828 C perc. 5

4.2. Lassú fűtés A fagyás bekövetkezte után elkezdtem fűteni a mintát. Az így kapott grafikonok: Hõmérséklet (C) 250 245 240 235 230 225 4 5 6 7 8 9 10 11 Idõ (perc) 3. ábra. Lassú fűtés T k (t) és T (t) grafikonja 6

Hõmérséklet (C) -8-10 -12-14 -16-18 6 8 10 12 14 16 Idõ (perc) Az így nyert adatok: és terület: 4. ábra. Lassú fűtés T (t) T k (t) grafikonja T 2 olv = 233.37 C, F fűt = 22.566 C perc. A mérés befejezéseképp megmértem a minta tömegét: 5. Kiértékelés m = 0.2919 ± 0.0001 g. A [1] könyvben leírtak alapján az olvadáspont és a görbe alatti terület: T olv = 231.4 ± 1.9 C, F = 24.2 ± 1.6 C perc. λ hőátadási együttható értékét az alábbi grafikonról olvashatjuk le (ezt azért tettem be, mivel a kiadott [1] könyvben más, feltehetően régebbi ábra található): 7

5. ábra. λ(t ) grafikon Innen leolvasva: λ = 0.755 ± 0.005 J. K perc Innen a fázisátalakulási hő meghatározható: Q = λf = 18.27 ± 1.33 J, és a fajlagos fázisátalakulási hő: q= Q J = 62.59 ± 4.58. m g A kapott minta vélhetően ón volt, mivel ennek katalógusbeli értékei: Sn = 231.93 C, Tolv J q Sn = 59.2. g 8

6. Hibadiszkusszió A mérés során hibát okoz az, hogy fázisátalakulás során a fajhő nem állandó, hanem a fázisátalakulás kezdetekor a függvénynek ugrása van, ezen kívül a folyamat lezajlása után sem az eredeti értékre áll vissza. További hibát jelent az, hogy a minta és a tartó hőmérsékletét egynek tekintettük. Erre nyilván azért van szükség, mert a minta tényleges hőmérsékletét nagyon körülményes lenne mérni. Ezen kívül a kiértékelőprogramokból való leolvasás sem lehet tökéletes (főleg azért, mert az a része nincs automatizálva). Hivatkozások [1] Havancsák Károly: Mérések a klasszikus fizika laboratóriumban, ELTE Eötvös kiadó, Budapest, 2003. 9