Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Температура плавления 100 градусов

Температура плавления 100 градусов

Температура (от лат. temperature — нормальное состояние)

Физическая величина, характеризующая среднюю кинетическую энергию частиц: молекул, атомов, электронов и т.п., из которых состоит физический объект. Температура тем выше, чем больше эта энергия. Регистрация величины температуры производится косвенным образом: путем измерения физических свойств объектов, меняющихся с изменением температуры. В простейших случаях регистрируется длина, т.е. объем, столбика ртути или спирта в термометре или изменение электрических свойств датчика в термоэлектрических измерителях температуры.

Косвенное измерение температуры объекта можно производить и с использованием спектра его электромагнитного излучения. Таким образом определяются цветовая (см. здесь), эффективная (см. здесь) и яркостная (см. здесь) температуры.

Для оценки величины температуры используют четыре ее шкалы. В трех из них в качестве опорных точек используются состояния фазовых переходов воды — температура плавления льда и температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении.

В шкале Цельсия температура плавления льда принимается за 0 0 С, а температура кипения воды за 100 0 С.

В шкале Фаренгейта температура плавления льда принимается за 32 0 F , а температура кипения воды за 212 0 F . Величина градуса в этой шкале почти в два раза меньше величины градуса Цельсия.

В шкале Реомюра температура плавления льда принимается за 0 0 R , а температура кипения воды за 80 0 R .

Шкала Кельвина построена от абсолютного нуля температуры, равного минус 273,15 0 С. Величина градуса в этой шкале равна величине градуса Цельсия.

кинетическая

Кинетическая температура пропорциональна средней кинетической энергии частиц физического объекта. В ее названии подчеркивается именно это обстоятельство.

Цветовой температурой объекта называется температура абсолютно черного тела, у которого относительное распределение энергии в некотором диапазоне спектра его электромагнитного излучения такое же, как и у этого объекта.

Чтобы определить цветовую температуру объекта, необходимо измерить интенсивности его излучения для двух различных длин волн. Затем наклон участка спектра, между длинами волн, в которых измерена интенсивность, реального источника излучения сравнивают с наклонами таких же участков спектров абсолютно черных тел, имеющих различные температуры. Для их построения используется закон Планка. Температура абсолютно черного тела принимается за цветовую температуру объекта, если наклоны выбранных участков спектров излучения совпадают.

электронная

Электронная температура сопоставляется со средней кинетической энергией электронов в плазме. Она имеет условный смысл, потому что в большинстве случаев в плазме отсутствует термодинамическое равновесие. Кроме того, средняя кинетическая энергия электронов значительно превышает среднюю энергию ионов и нейтральных частиц. Величина электронной температуры используется как один из важнейших параметров состояния плазмы.

Читайте так же:
Схема подключения проводки на прицеп

эффективная

Эффективной температурой объекта называется температура абсолютно черного тела, каждая единица площади которого во всем диапазоне спектра его электромагнитного излучения испускает такой же поток энергии, как и единица площади данного объекта. Численно эффективная температура объекта связана с потоком энергии от объекта законом Стефана-Больцмана.

Для определения эффективной температуры объекта необходимо измерить поток излучения от него во всем диапазоне спектра, например, с использованием болометра (см. Приемник излучения, болометр).

Для объектов, подобных телам Солнечной системы, не имеющих достаточно мощных внутренних источников энергии и нагревающихся потоком излучения с известным спектральным составом и мощностью, используется другой способ определения эффективной температуры. Она определяется по количеству падающей на такие тела солнечной энергии. Такая возможность вызвана тем, что эти объекты находятся в термодинамическом равновесии с приходящим излучением, т.е. количества поглощаемой ими и излучаемой энергий равны. Поэтому, зная их альбедо, можно с использованием закона Стефана-Больцмана определять их эффективную температуру.

яркостная

Яркостной температурой объекта называется температура абсолютно черного тела, каждая единица площади которого в узком диапазоне спектра электромагнитного излучения испускает такой же поток энергии, как и единица площади этого объекта. Обычно такие сравнения производят вблизи длины волны излучения 0,66 микрон.

Новосибирские ученые совместно с иностранными коллегами установили новый способ создания незамерзающих ионных жидкостей

Ученые Новосибирского научного центра совместно с группой исследователей из Университета Ростока (Германия) под руководством ведущего специалиста по экспериментальному и теоретическому описанию водородосвязанных систем профессора Ральфа Людвига установили новый способ создания незамерзающих ионных жидкостей. Отчет об исследовании был опубликован в виде полноценной статьи в журнале Angewandte Chemie.

Ионные жидкости в широком смысле представляют собой любые расплавленные соли, например, хлорид натрия (поваренная соль), который плавится при температуре выше 800 градусов Цельсия. В настоящее время под термином «ионные жидкости» чаще всего подразумевают соли, температура плавления которых ниже температуры кипения воды (100 градусов Цельсия) — так называемые ионные жидкости первого поколения.

— Сегодня ионные жидкости — это одно из наиболее актуальных направлений в материаловедении, которому придается большое значение как научным сообществом, так и людьми, связанными с индустрией. Это можно легко обосновать: дело в том, что некоторое время назад исследователям удалось придумать синтетический подход, который позволяет синтезировать очень разные типы ионных жидкостей, которые плавятся буквально при комнатных температурах (20–40 градусов Цельсия), — рассказал старший научный сотрудник лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем Физического факультета НГУ и Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН Даниил Колоколов.

Читайте так же:
Шестигранник диаметр описанной окружности

Для практического применения такая разработка имеет большой вес, так как ионные жидкости используются в самых разных областях. Например, их можно использовать для экстракции химических веществ из смесей, в качестве криопротекторов (добавление ионной жидкости в водный раствор препятствует его фазовым переходам при воздействии низких температур, например, при заморозке биологического материала водный раствор не кристаллизуется), а также в качестве проводящей среды (электролитов). Кроме того, ионные жидкости предполагается использовать для закалки металлов и в качестве заполнения стеклянного тела глаза, так как ионная жидкость не высыхает, не испаряется и способна поддерживать необходимые функции органа в разных температурных режимах.

— Ионные жидкости состоят из двух видов заряженных частиц — катионов и анионов, которые при слиянии образуют кристаллическую форму. Однако за счет наличия больших органических заместителей возникает ситуация, когда большая часть заряда экранирована обычной нейтральной молекулой. То есть, несмотря на взаимодействие, структура остается подвижной и сохраняет свойства жидкости, — объяснил принципы работы простой ионной жидкости Даниил Колоколов. — Наше внимание было коренным образом обращено к протонно-ионным жидкостям, которые особенно интересны в качестве электролитов – за счет образования водородных связей образуется возможность эффективной передачи протонов проводимости . Помимо взаимодействия зарядами, эти жидкости способы образовывать водородную связь, усиленную ионным взаимодействием, – так называемые солевые мосты.


Исследователи провели работу над изучением способности ионных жидкостей к кристаллизации. Оказалось, что одни жидкости замерзают и превращаются в кристалл, а другие способны перейти в переохлажденное состояние, а затем в стекло – в этом состоянии молекулы сохраняют достаточную подвижность на локальном уровне.

— Нам удалось отследить влияние молекулярной структуры на процесс кристаллизации вещества и показать это экспериментально. Выяснилось, что все зависит от строения катионов. Если модифицировать катион при помощи гидроксогруппы (OH), внутри ионной жидкости возникнет новый тип водородных связей между двумя катионами. Это несколько парадоксально — водородная связь, которая соединяет две одинаково заряженные частицы, которые по идее должны отталкиваться друг от друга, — отметил Даниил Колоколов. По словам исследователя, вещества, в которых фигурирует связь подобного рода, не кристаллизуются, а стеклуются, сохраняя внутреннюю динамику ионов.

Читайте так же:
Сломался замок посудомоечной машины

— Сейчас мы работаем над получением ионных жидкостей, которые могли бы работать при реальных атмосферных условиях, в минусовой температуре. Это необходимые для промышленности условия. Даже небольшое понижение температуры плавления будет очень важно, особенно для электролитов, — добавил ученый.

Исследование получилось меж дисциплинарным: новосибирские ученые исследовали структуру водородных связей и подвижность на молекулярном уровне, а их коллеги из Германии синтезировали и изучали жидкости с точки зрения их фазового поведения и теоретических расчетов: измеряли температуру плавления, вязкость и другие параметры.

О различных температурных шкалах

Слово «температура» возникло в те времена, когда люди считали, что в более нагретых телах содержится большее количество особого вещества — теплорода, чем в менее нагретых. Поэтому температура воспринималась как крепость смеси вещества тела и теплорода. По этой причине единицы измерения крепости спиртных напитков и температуры называются одинаково — градусами.

Из того, что температура — это кинетическая энергия молекул, ясно, что наиболее естественно измерять её в энергетических единицах (т.е. в системе СИ в джоулях). Однако измерение температуры началось задолго до создания молекулярно-кинетической теории, поэтому практические шкалы измеряют температуру в условных единицах — градусах.

Шкала Кельвина

В термодинамике используется шкала Кельвина, в которой температура отсчитывается от абсолютного нуля (состояние, соответствующее минимальной теоретически возможной внутренней энергии тела), а один кельвин равен 1/273.16 расстояния от абсолютного нуля до тройной точки воды (состояния, при котором лёд, вода и водяной пар находятся в равновесии). Для пересчета кельвинов в энергетические единицы служит постоянная Больцмана. Используются также производные единицы: килокельвин, мегакельвин, милликельвин и т.д.

Шкала Цельсия

В быту используется шкала Цельсия, в которой за 0 принимают точку замерзания воды, а за 100° точку кипения воды при атмосферном давлении. Поскольку температура замерзания и кипения воды недостаточно хорошо определена, в настоящее время шкалу Цельсия определяют через шкалу Кельвина: градус Цельсия равен кельвину, абсолютный ноль принимается за −273,15 °C. Шкала Цельсия практически очень удобна, поскольку вода очень распространена на нашей планете и на ней основана наша жизнь. Ноль Цельсия — особая точка для метеорологии , поскольку замерзание атмосферной воды существенно всё меняет.

Шкала Фаренгейта

В Англии и, в особенности, в США используется шкала Фаренгейта. В этой шкале на 100 градусов раздёлен интервал от температуры самой холодной зимы в городе, где жил Фаренгейт, до температуры человеческого тела. Ноль градусов Цельсия — это 32 градуса Фаренгейта, а градус Фаренгейта равен 5/9 градуса Цельсия.

Читайте так же:
Оборудование для заготовки дров

В настоящее время принято следующее определение шкалы Фаренгейта: это температурная шкала, 1 градус которой (1 °F) равен 1/180 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, а точка таяния льда имеет температуру +32 °F. Температура по шкале Фаренгейта связана с температурой по шкале Цельсия (t °С) соотношением t °С = 5/9 (t °F — 32), то есть изменение температуры на 1 °F соответствует изменению на 5/9 °С. Предложена Г. Фаренгейтом в 1724.

Шкала Реомюра

Предложенна в 1730 году Р. А. Реомюром, который описал изобретённый им спиртовой термометр.

Единица — градус Реомюра (°R), 1 °R равен 1/80 части температурного интервала между опорными точками — температурой таяния льда (0 °R) и кипения воды (80 °R)

В настоящее время шкала вышла из употребления, дольше всего она сохранялась во Франции, на родине автора.

Российские материаловеды разработали материал с рекордной температурой плавления

Материаловеды из НИТУ «МИСиС» синтезировали новый материал с ультравысокой температурой плавления — нестехиометрический карбонитрид гафния. Точно измерить его температуру плавления ученые пока не смогли, но она выше чем у карбида гафния, наиболее тугоплавкого из известных на сегодняшний день материалов. Результаты исследования опубликованы в журнале Ceramics International.

Соединения с ультравысокой — 2000 градусов Цельсия и выше — температурой плавления используются во многих областях современных технологий. Особенно востребованы такие материалы в аэрокосмической отрасли: например, из них изготавливают покрытия для носовых обтекателей и передних кромок крыльев многоразовых воздушно-космических самолетов — при выходе из атмосферы температура этих деталей может достигать 4000 градусов Цельсия. Чтобы найти материалы с высокой температурой плавления, а также подходящими механическими свойствами, материаловеды экспериментируют с различной керамикой: оксидами, нитридами, карбидам и боридами переходных металлов. В настоящее время самым тугоплавким материалом называют нестехиометрический карбид гафния HfC0.98 — для него была зафиксирована температура плавления 3927 градусов Цельсия.

Исследователи из Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» под руководством Дмитрия Московских (Dmitry O. Moskovskikh) разработали новый материал с ультравысокой температурой плавления — нестехиометрический карбонитрид гафния. Теоретические расчеты указывали на то, что такие соединения будут еще более тугоплавкими, чем чистые карбиды, и их температура плавления может преодолеть порог в 4000 градусов Цельсия. Однако синтез карбонитридов гафния весьма сложен, поэтому получить и протестировать их на практике до недавнего времени никому не удавалось.

Читайте так же:
Угол спуска на ноже

Сотрудники «МИСиС» предложили для получения нестехиометрических карбонитридов гафния новый метод, который состоит из трех последовательных стадий. В начале порошок гафния смешивают с порошком угля в мольном соотношении 2:1 и перемалывают в высокоскоростной барабанно-шаровой мельнице в течение пяти минут. Помол проводится в инертной атмосфере — это нужно, чтобы избыток гафния не вступил в реакцию с кислородом. Активированный в шаровой мельнице композит Hf/C с размером частиц микрон затем «сжигают» в азоте. Этот процесс называется самораспространяющийся высокотемпературный синтез, для него необходимо высокое давление азота — 8 атмосфер. На этой стадии азот внедряется в кристаллическую решетку композита, превращая его в нестехиометрический карбонитрид. Заключительный шаг —

Измерить такие высокие значения температуры плавления в лабораторных условиях напрямую очень сложно. Поэтому авторы решили проверить температуру плавления нового материала косвенно — путем сравнения с действующим рекордсменом тугоплавкости, карбидом гафния HfC0.98. Для этого спрессованные образцы двух материалов разместили на графитовой пластине, имеющей форму гантели и сверху накрыли аналогичной пластиной, чтобы избежать тепловых потерь. Затем полученную конструкцию при помощи молибденовых электродов подключили к аккумулятору и пропустили через нее ток в 1200 Ампер. Под действием такого мощного электрического тока графит сильно разогревается, при этом самая высокая температура устанавливается в узкой части гантели — там где находятся образцы. Сравнение микрофотографий образцов до и после нагрева показало, что карбонитрид гафния имеет температуру плавления выше: его микроструктура не изменилась, в то время, как на снимках карбида гафния можно увидеть дендритовидные образования — следы того, что образец расплавился и вновь затвердел. Таким образом, можно сказать, что температура плавления HfC0.5N0.35 выше, чем у всех известных ранее материалов — скорее всего, она лежит в промежутке между 4000 и 4200 градусами Цельсия.

В дальнейшем авторы планируют уточнить температуру плавления методом высокотемпературной лазерной или электрической пирометрии, а также изучить стабильность нового материала в гиперзвуковых условиях, что будет актуальным для его дальнейшего применения в аэрокосмической промышленности.

В 2018 году материаловеды из «МИСиС» также предложили новый способ получения так называемых объемных MAX-фаз — слоистых смешанных карбидов, которые сочетают в себе свойства металлов и керамики. Для этого они использовали комбинацию методов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и сдвиговой деформации под давлением.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector