Глава 21. Принципы калориметрического анализа

639

21.4.1 Адиабатические калориметры

В общем случае калориметры проектируются с большим тепловым сопротивлением между полостью контейнера и окружающей его внешней средой. В результате этого почти все тепло, производимое в калориметре, сохраняется, вызывая повышение его температуры. Измеряя повышение температуры Т, можно определить количество выделяемой тепловой мощности по формуле Q = CΔT, где С

— теплоемкость. Если источник теплоты имеет постоянную скорость тепловыделения, то внутренняя температура будет также повышаться с постоянной скоростью. Если источник теплоты конечен, то внутренняя температура калориметра достигнет некоторого определенного уровня.

Эффективный тип адиабатического калориметра — это калориметр, спроектированный таким образом, чтобы Tîêð постоянным регулированием соответствовала Têàë , так чтобы скорость теплопередачи равнялась нулю dQ/dt = 0. Это осуществляется с помощью регулятора, который реагирует на любую разность двух температур. Адиабатические калориметры наиболее пригодны для изучения таких процессов, как, например, химические реакции, для которых важно измерять выделение полного суммарного количества теплоты. Адиабатические калориметры не используются для анализа радионуклидов, так как их внутренняя температура может продолжать повышаться бесконечно долго.

21.4.2 Изотермические калориметры

Если тепловое сопротивление между полостью для образца и окружающей средой мало, то теплота, создаваемая в калориметре, передается окружающей среде. Для образца, вырабатывающего теплоту с постоянной скоростью, система в целом достигнет равновесия, при котором скорость теплопередачи в окружающую среду равна скорости образования теплоты в образце. Скорость теплопередачи прямо пропорциональна разности температур между полостью для образца и окружающей средой, как описано в уравнении (21.13), в котором теплопроводность k зависит от длины пробега теплового излучения, материала и формы поверхности. Важно, чтобы величина k оставалась постоянной, так как измерение скорости теплопередачи по-существу представляет собой точное измерение температуры. Величина k определяется для данного калориметра градуировкой.

Калориметр классифицируется как изотермический, если в полости для образца поддерживается постоянная температура. Если же калориметр спроектирован таким образом, что устанавливается постоянный перепад температур между полостью для образца и окружающей средой, то он классифицируется как калориметр теплового потока.

Радиометрические калориметры, которые спроектированы для калориметрического анализа радиоактивных изотопов, являются обычно калориметрами теплового потока, так как образцы плутония излучают теплоту при почти постоянном уровне тепловой мощности вследствие спонтанного распада радиоактивных изотопов. Различные типы калориметров, используемые для анализа плутония и описанные в следующем разделе, являются калориметрами теплового потока.