热分析教案邱金恒物理化学实验教案
物理化学实验大纲
《物理化学实验》课程实验教学大纲课程编号：课程学时：96/64课程学分：2适用专业（专业类）：化学化工类－化学、应用化学、高分子材料、化学工程与工艺、轻化工程一、实验的目的和任务物理化学实验包括热力学、动力学、电化学、表面性质与胶体化学四部分。
1、学习并了解物理化学实验基本知识，正确掌握并熟练应用物理化学实验的基本操作技能。
2、通过一学年的物理化学实验学习，加深对物理化学基本原理和概念的正确理解。
3、训练学生归纳处理、分析实验数据和书写科学实验报告的能力。
4、通过研究性、综合型实验，使学生得到科学实验的综合训练，培养研究和创新思维，从而培养学生独立工作的本领及科研能力。
5、通过实验培养以下能力：（1）学会正确地使用手册、工具书，培养查阅有关文献、资料的能力。
（2）正确进行实验操作，取得正确可靠的实验结果，获得用实验解决问题的动手能力。
（3）观察现象，分析判断，逻辑推理的能力。
（4）选择试剂、仪器、实验方法和初步具有设计实验的能力。
6、通过本课程的学习，进一步培养学生实事求是的科学态度、刻苦钻研的科学精神和严谨的科学作风。
三、教材及参考资料教科书：《物理化学实验》，孙尔康、徐维清、邱金恒，南京大学出版社，1998参考书：1、《物理化学》（第四版），付献彩、沈文霞、姚天扬、高等教育出版社，19902、《物理化学实验》顾良证、武船昌、岳瑛、孙尔康、徐维清，江苏科学技术出版社，19863、《化学实验基础》孙尔康、吴琴媛、周以泉、陆婉芳等，南京大学出版社，19934、《物理化学实验》，蔡显鄂、项一非、刘衍光修订，高等教育出版社，19935、《物理化学实验（修订本）》，北京大学化学第物理化学教研室，北京大学出版社，19856、《物理化学实验》（第二版），罗澄源等，高等教育出版社，19847、《物理化学实验》，J. M. 怀特著，钱三鸿等译，人民教育出版社，1981四、说明1．本教学大纲从2005级学生开始使用。
初中物理热现象的教学教案
初中物理热现象的教学教案一、教学目标1. 让学生理解热现象的基本概念，如温度、热量、内能等。
2. 让学生掌握热传递的原理和方式，包括传导、对流和辐射。
3. 让学生了解物态变化的基本知识，如熔化、凝固、汽化和液化。
4. 培养学生通过实验和观察来研究热现象的兴趣和能力。
二、教学内容第一节：温度和热量1. 温度概念的引入和理解2. 热量概念的引入和理解3. 温度和热量的关系第二节：内能1. 内能概念的引入和理解2. 内能的计算和变化3. 内能与温度、热量之间的关系第三节：热传递1. 热传递的概念和方式2. 传导、对流和辐射的实例解析3. 热传递的规律和条件第四节：物态变化（上）1. 熔化和凝固的基本概念2. 熔化和凝固的实例解析3. 熔化和凝固的规律和条件第五节：物态变化（下）1. 汽化和液化的基本概念2. 汽化和液化的实例解析3. 汽化和液化的规律和条件三、教学方法采用问题驱动法和实验探究法进行教学。
通过设置问题情境，引导学生思考和探索；通过实验和观察，让学生直观地理解热现象。
四、教学准备1. 教学课件和教案2. 实验器材和材料3. 参考资料和习题五、教学评价通过课堂问答、实验报告、作业和测验等方式对学生进行评价，以了解学生对热现象的理解和掌握程度。
鼓励学生积极参与课堂讨论和实验操作，培养他们的观察能力和实践能力。
六、教学内容第六节：热机和热效率1. 热机的概念和工作原理2. 热机的种类和特点3. 热效率的定义和计算4. 提高热效率的方法第七节：比热容1. 比热容的概念和意义2. 比热容的计算和应用3. 不同物质比热容的差异和原因4. 比热容在实际生活中的应用第八节：热力学定律1. 热力学第一定律：能量守恒定律2. 热力学第二定律：熵增原理3. 热力学定律在热现象中的应用4. 热力学定律的意义和价值第九节：生活中的热现象1. 热现象在日常生活中的应用实例2. 热现象与人类生活的关系3. 热现象在科技发展中的作用4. 热现象的环保和节能意义第十节：实验和探究1. 热现象实验的设计和操作2. 实验数据的收集和处理3. 实验结果的分析和讨论七、教学方法采用案例分析法和小组讨论法进行教学。
综合热分析法测定CaC2O4·H2O
山西大学综合化学实验报告实验名称综合热分析法测定CaC2O4·H2O的脱水、分解曲线以及用非等温方法计算各步反应的活化能学院化学化工学院学生姓名专业学号年级指导教师二Ο年月日综合热分析法测定CaC2O4·H2O的脱水、分解曲线以及用非等温方法计算各步反应的活化能摘要：热分析是在程序控温下测定物质的物理性质与温度关系的一类技术。
由于物理化学过程都伴随有热效应，而且固-气体系在反应过程中又可出现固相或液相的质量变化。
因此，可借于对其热效应或质量的测定来了解过程的变化，从而解决研究中的一些问题。
这种方法的特点是由简单的实验曲线可以了解体系的变化过程和计算出物理化学参数，给研究者带来很大的方便。
本实验主要是了解差热和热重分析法的基本原理及方法，用同步热分析仪来测定差热和热重曲线并求出各步反应活化能。
关键词：差热分析示差扫描量热分析 CaC2O4·H2O 活化能引言热分析是研究物质随温度变化所发生的物理化学过程以及相应产生的性质状态变化的一种方法，这种分析方法应用广泛的一类技术。
热分析技术种类很多，比较常用的方法有差热法（DTA），热重法（TG）（包括微分热重（DTG）），差示扫描量热法（DSC）。
（1）热重分析热重分析是在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系的一种技术。
热重法实验得到的曲线称为热重（TG）曲线。
TG 曲线以温度作横坐标，以试样的失重作纵坐标，显示试样的绝对质量随温度的恒定升高而发生的一系列变化。
如图10.1CaC2O4·H2O 的热重曲线，有三个非常明显的失重阶段。
第一个阶段表示水分子的失去，第二个阶段表示CaC2O4 分解为CaCO3，第三个阶段表示CaCO3 分解为CaO。
CaC2O4·H2O的热失重比较典型，在实际上许多物质的热重曲线很可能是无法如次明了地区分为各个阶段的，甚至会成为一条连续变化地曲线。
这时，测定曲线在各个温度范围内的变化速率就显得格外重要，它是热重曲线的一阶导数，称为微分热重曲线（图10.1 也显示出了CaC2O4·H2O 的微分热重曲线（DTG））。
第12章 热分析教案图文
4.绘制相图
23
5性能检测
检测材料的物理及化学性能,如熔点、氧化温度、分解 温度、晶型转变温度等。
6化学反应常数测定
根据TG及DTA曲线，测定化学反应速度常数等。
7指导生产等
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材料常见热分析曲线
非晶合金的DSC曲线
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镍基合金热分析曲线
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溶胶凝胶化材料热分析曲线
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微晶玻璃热分析曲线
40
动态热机械分析仪测试原理：
当试样受到外力时，试样内部将产生一定的应力， 同时产生应变，并且应力和应变将在材料内部进行传递， 但应力和应变之间存在相角差δ ，如果在试样一端施 加正弦形式的拉伸应力，在另一端测量应力及应变的 “振幅”，并测量相角差，能够测量出试样的损耗模量 E’及真实模量E’’。
第12章 热分析教案图文
热分析组织：国际热分析协会（International Confederation for Thermal Analysis）ICTA 热分析发行的刊物有： 热分析文摘（Thermal Analysis Abstract） TAA，双月刊，1972 热分析杂志（Journal of thermal Analysis，双 月刊，1969 热化学学报（thermachemical Acta）,每年四 卷，1974 量热学及热分析杂志（Calorimetry and Thermal Analysis）日文，季刊，1974
2
第一节 差热分析
差热分析是在程序控温下，测量物质及参比物之间温 度差随时间或温度变化的一种技术。
1.差热分析的基本原理： 1.1理论基础：
许多材料在加热和冷却的过程中常常发生热效应。 在加热过程中，这些热效应可能是由于系统中新物质的 生成、多晶转变、脱水、氧化、分解、以及材料熔融等 产生，或者是因为不同物质发生化学反应；在冷却过程 中，则大多数是由于新相晶体的析出或多晶转变而产生。 然而，也有一些物质在一定的温度范围内不发生任何热 效应，这种物质称为热中性体。如刚玉、氧化镁、镍、 铝等。
2024年【热】初中物理教案
2024年【热】初中物理教案一、教学内容本节课选自人教版初中物理教材八年级下册第十章《热现象》，具体内容包括：温度的概念、温度的测量、热量及其计算、热传递和热平衡。
二、教学目标1. 了解温度的概念，掌握温度的测量方法，理解温度与物体冷热程度的关系。
2. 掌握热量及其计算公式，理解热传递和热平衡的条件。
3. 培养学生的实验操作能力和观察能力，激发学生对物理现象的好奇心。
三、教学难点与重点教学难点：热量的计算和热传递的理解。
教学重点：温度的概念、测量方法以及热平衡的条件。
四、教具与学具准备教具：温度计、热水、冷水、酒精灯、烧杯、电子秤、计时器等。
学具：练习本、笔、直尺等。
五、教学过程1. 实践情景引入利用酒精灯加热烧杯中的水，让学生观察水温升高的过程，提出问题：“水为什么会变热？热量是如何传递的？”2. 例题讲解（1）温度的概念：物体的冷热程度称为温度。
（2）温度的测量：使用温度计测量物体的温度，讲解温度计的使用方法。
（3）热量的计算：根据物体的质量和温度变化，计算吸收或放出的热量。
（4）热传递和热平衡：讲解热传递的条件和热平衡的概念。
3. 随堂练习（1）让学生用温度计测量周围环境的温度，并记录数据。
（2）计算一个物体在温度变化过程中吸收或放出的热量。
（3）分析热传递的实例，判断是否符合热平衡的条件。
4. 课堂小结六、板书设计1. 温度：物体的冷热程度。
2. 温度的测量：使用温度计。
3. 热量计算：Q=cmΔt。
4. 热传递和热平衡：热量从高温物体传递到低温物体，直至热平衡。
七、作业设计1. 作业题目：（1）简述温度的概念及其测量方法。
（2）计算一个物体在温度从20℃升高到100℃过程中吸收的热量，已知物体的质量为2kg，比热容为4.2×10^3J/(kg·℃)。
（3）分析生活中的热传递实例，说明热平衡的条件。
2. 答案：（1）温度是物体的冷热程度，使用温度计进行测量。
（2）Q=cmΔt=4.2×10^3J/(kg·℃)×2kg×(100℃20℃)=6.72×10^5J。
热学实验教学教案
小组讨论：学生分组讨论，分享观点，提高合作能力
实验操作：学生动手操作实验，观察现象，加深理解
总结与反思：教师总结实验结果，引导学生反思实验过程，提高实验技能
5
教学安排
实验课时安排
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
第二节课：进行热学实验的准备工作，如准备实验器材、实验材料等
第一节课：介绍热学实验的基本原理和操作方法
实验进行：学生在教师指导下，按照实验步骤进行实验操作
教师巡回指导：教师在学生实验过程中，巡回指导，解答学生疑问，确保实验顺利进行
实验总结：实验结束后，学生总结实验结果，撰写实验报告，教师进行点评和指导
实验报告撰写要求
单击添加项标题
实验目的：明确实验的目的和意义
单击添加项标题
实验原理：阐述实验所依据的物理原理或化学原理
评价方式：教师评价、学生互评、自我评价
反馈方式：口头反馈、书面反馈、网络反馈
学生自评与互评
自评内容：实验操作、实验结果、实验报告等方面进行自我评价
评价方式：采用口头评价、书面评价、在线评价等多种方式进行评价
评价标准：根据实验操作规范、实验结果准确性、实验报告完整性等方面进行评价
互评内容：同学之间的实验操作、实验结果、实验报告等方面进行相互评价
实验仪器介绍及使用说明
实验仪器名称：热电偶
工作原理：利用热电效应测量温度
使用方法：将热电偶插入待测物体，读取温度计上的温度值
注意事项：避免热电偶与待测物体接触不良，确保测量准确性
实验步骤及操作流程
单击此处输入(你的)智能图形项正文，文字是您思想的提炼
实验器材：热学实验仪器、温度计、热电偶等
a. 准备实验器材b. 连接实验仪器c. 设定实验条件d. 启动实验仪器e. 记录实验数据f. 分析实验结果
热分析实验PPT学习教案
仪器的校
校正的含义 正
校正温度与能量的对应关系
校正的原理
方法：测定标准物质，使测 定值等于理论值
手段：能量、温度区间、温 度绝对值
什么时候需要第校30页正/共57页
31
1. 样品池进行过清理或更
实验中的影响因素
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扫描速度的影响
灵敏度随扫描速度提 高而增加
分辨率随扫描速度提 高而降低
Thermocouples
功率补偿型 DSC
热流型 DSC
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24
工作原理简图
功率补偿型 DSC
第24页/共57页
热流型 DSC
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dQ/dt = dQ/dT dT/dt Q ：热量 t ：时间 T ： 温度
dQ/dt： 纵坐标信号， mW；
dT/dt ：程序温度变化速 率，C/min;
u 一般，增塑剂的添加会降低高分子Tg和Tm。
Unplasticized
Plasticized
Heat Flow
100
Temperature
220
(℃)
Effect of Plasticizer on Melting of Nylon 11
第41页/共57页
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固化过程的研究
u Tg 、固化起点、 固化完成、 固化热 u 最大固化速率
技巧： 第32页/共57页
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扫描速度的影响
第33页/共57页
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样品制备的影响
样品几何形状：
样品与器皿的 紧密接触
样品皿的封压：
底面平整、样 品不外露
合适的样品量：
第34页/共57页
灵敏度与分辨
热分析实验 ppt课件
(DMA242)
介电分析法
(DEA) DEA230 DEA231
导热系数仪 热流法：
HFM436系列
激光闪射法:
LFA427 LFA447 LFA457
测量物理与化学过 程（相转变，化学 反应等）产生的热
效应; 比热测量
测量由分解 、挥发、气 固反应等过 程造成的样 品质量随温 度／时间的
TG 方法常用于测定：
• 质量变化 • 热稳定性 • 分解温度 • 组份分析 • 脱水、脱氢 • 腐蚀 / 氧化 • 还原反应 • 反应动力学
差示扫描.
Q PR
Ref er.
DT
在程序温度过程中，当样品发生热效应时，在样品端与参比端之间产 生了温度差（热流差），通过热电偶对这一温度差（热流差）进行测 定。
基本概念dmdt质量变化分解的速率dtgtg曲线对时间坐标作一次微分计算得到的微分曲线质量变化速率最大点作为质量变化分解过程的特征温tonsettg台阶的起始点对分解过程可作为热稳定性的表征热重分析法记录的是在程序温度升降恒温下样品的质量质量变化随温度时间的函数关系tg曲线图中所示的反应单从tg曲线上看有点像一个单一步骤的过程dtg曲线但从微分dtg曲线则明显区分出分解分为两个相邻的阶段setaramtgdscdtasta449c同步测试tgdsc或tgdtapetgdta热重分析仪tg原理图furnacebalancenetzsch热重分析仪
• 根据CuSO4.5H2O的结构，试讨论其脱水 的机理。
CuSO4.5H2O的结构示意图
m icro fu rn a ce sa m p le
sa m p le ca rrie r T G ce ll
燃烧热的测定
5、停止实验后,从热量计中取出氧弹,取下氧弹盖,氧弹中如有烟黑或未燃尽的试样残余,试验失败,应重做.如果残留了不易观测到的试样残留物、而又把它当作没有残留完全充分燃烧处理数据，势必造成较大误差；
6、 数据处理中，用雷诺法校正温差，观测燃烧前后的一系列水温和时间的观测值误差,造成校正曲线的不准确；从开始燃烧到温度上升至室温这一段时间△t1内,由环境辐射和搅拌引进的能量所造成的升温,故应予扣除。由室温升到最高点这一段时间△t2内,热量计向环境的热漏造成的温度降低,计算时必须考虑在内。扣除不合适会造成误差；
（2）拧开氧弹盖，将氧弹内壁擦净，特别是电极下端的不锈钢接线柱更应擦干净，用万用表欧姆档检查两电极是否通路，若通路，将称好的棉线绕加热丝两圈后放入坩锅底部，然后将制好的样品片压在棉线上，旋紧弹盖再用万用表检查两电极之间是否通路，若通路则可充氧进行测量。
使用高压钢瓶时必须严格遵守操作规则。将氧弹放在充氧仪台架上，拉动板手充入氧气（1.5MPa）。氧弹结构见图II-1-1。充好氧气后，再用万用表检查两电极间是否通路，若通路将氧弹放入量热计内筒。
实验一 燃烧热的测定
1.摘要
弹式量热计，由M.Berthelot[1][2]于1881年率先报导，时称伯塞洛特(Berthlot bomb)氧弹。目的是测U、H等热力学性质。绝热量热法，1905年由Richards提出。后由Daniels[3]等人的发展最终被采用。初时通过电加热外筒维持绝热，并使用光电池自动完成控制外套温度跟踪反应温升进程，达到绝热的目的。现代实验除了在此基础上发展绝热法外，进而用先进科技设计半自动、自动的夹套恒温式量热计，测定物质的燃烧热，配以微机处理打印结果。利用雷诺图解法或奔特公式计算热量计热交换校正值T。使经典而古老的量热法焕发青春。
热分析实验报告
热分析实验报告一、实验目的热分析技术是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。
本次热分析实验的目的在于：1、熟悉热分析仪器的工作原理和操作方法。
2、掌握常见热分析方法（如热重分析、差热分析等）的数据处理和结果分析。
3、研究不同物质在受热过程中的物理化学变化，为材料的性能评估和应用提供依据。
二、实验原理1、热重分析（TG）热重分析是在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系的一种技术。
当物质在加热过程中发生质量变化（如蒸发、分解、氧化等）时，通过测量质量随温度的变化曲线，可以得到物质的热稳定性、组成成分、分解温度等信息。
2、差热分析（DTA）差热分析是在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。
当物质在加热过程中发生物理化学变化（如相变、反应等）时，会产生吸热或放热效应，导致样品与参比物之间产生温度差。
通过测量温度差随温度的变化曲线，可以确定物质的相变温度、反应起始温度、反应热等信息。
三、实验仪器与材料1、仪器热重差热综合分析仪（型号：＿____）、电子天平、坩埚、镊子等。
2、材料待测试样：＿____（注明物质名称、纯度等）四、实验步骤1、样品制备准确称取一定量的待测试样（约_____mg），放入坩埚中，并用镊子将坩埚轻轻压实。
2、仪器准备（1）打开热重差热综合分析仪电源，预热_____分钟。
（2）设置实验参数，包括升温速率（＿____℃／min）、终止温度（＿____℃）、气氛（如氮气、空气等）及流量（＿____ml/min）。
3、安装样品将装有样品的坩埚小心地放入仪器的样品支架上，并确保安装牢固。
4、启动实验点击“开始”按钮，仪器开始按照设定的程序升温，并自动记录实验数据。
5、实验结束当实验达到设定的终止温度后，仪器自动停止加热。
等待仪器冷却至室温后，取出坩埚。
6、数据处理使用仪器配套的软件对实验数据进行处理和分析，得到热重曲线（TG 曲线）和差热曲线（DTA 曲线）。
热分析教案
热分析教案第一节：概述热分析的定义：在程序控制温度下，测量物质物理性质与温度的关系。
一、热分析应用范围及特点测量物质加热（冷却）过程中的物理性质参数，如质量、反应热、比热等。
由这些物理性质参数的变化，研究物质的成分、状态、结构和其它各种物理化学性质，评定材料的耐热性能，探索材料热稳定性与结构的关系，研究新材料、新工艺等。
具体的研究内容有：熔化、凝固、升华、蒸发、吸附、裂解、氧化还原、相图制作、物相分析、纯度验证、玻璃化、固相反应、软化、结晶、比热、动力学研究、反应机理、传热研究、相变、热膨胀系数测定等。
应用领域：1.了解物料在加热时的变化特性，鉴定物相。
2. 研究固相反应机理。
3.确定熔融、结晶的温度。
4.研究与制定烧结工艺。
5.根据热分析曲线，研究新工艺、新配方。
二. 热分析特点1、应用广泛。
2、动态条件下快速研究物质热特性。
3、技术方法的多样性。
测定物质在加热或冷却过程中发生的各种物理、化学变化的方法可分为两大类：1、测物质本身的变化（物理量的变化）2、测加热过程中，从物质中产生的气体，推知物质的变化。
热分析方法的种类按照测定的物理量（如温度、热量、质量、尺寸、力学量、声学量、光学量、电学量和磁学量等）不同，热分析方法有9类17种：1、差热分析、示差扫描量热法2、热重分析法3、热机械（动态热）分析法(TMA)，热膨胀法(DIL)4、介电分析法5、导热系数仪热流法激光闪射法常用的有四种1、差热分析法（Differential Thermal Analysis , DTA）：在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差随温度的变化。
2、示差扫描量热法（DSC）：在程序控温下，测量物质与参比物之间能量差随温度的变化。
3、热重测量法（TG）：在程序控制温度下，测量物质质量随温度的变化。
4、热膨胀法：在程序控制温度下，测量物质尺寸随温度的变化。
一、测物质本身的变化（能量，质量，尺寸，结构）1. 测能量变化差热分析法（DTA）：把试样和差比物置于相同温度条件下，测两者的温差，做出差热曲线（时间与温差的变化曲线）。
初中物理热现象的教学教案
初中物理热现象的教学教案一、教学目标1. 让学生了解热现象的基本概念，理解温度、热量和内能的关系。
2. 培养学生对热现象的观察和思考能力，能够运用物理学知识解释生活中的热现象。
3. 引导学生通过实验和探究，体验热现象的规律，提高学生的动手能力和创新能力。
二、教学内容第一章：热现象概述1.1 温度的概念及计量1.2 热量的概念及计量1.3 内能的概念及计量第二章：热量传递2.1 热传导的原理2.2 对流的概念2.3 辐射的原理第三章：热膨胀与热收缩3.1 热膨胀的原理及应用3.2 热收缩的原理及应用第四章：吸热与放热4.1 吸热的过程及影响因素4.2 放热的过程及影响因素4.3 热效率的计算及提高方法第五章：生活中的热现象5.1 热现象在生活中的应用5.2 热现象的利与弊5.3 节能环保与热现象三、教学方法1. 采用问题驱动的教学方法，引导学生主动探究热现象的规律。
2. 利用实验和观察，让学生直观地感受热现象，提高学生的实践能力。
3. 采用小组合作学习的方式，培养学生的团队合作精神和沟通能力。
4. 利用多媒体教学资源，丰富教学手段，提高学生的学习兴趣。
四、教学评价1. 课堂表现评价：观察学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况，了解学生的学习状态。
2. 作业评价：检查学生对课堂所学知识的掌握程度，发现问题并及时进行反馈。
3. 实验报告评价：评估学生在实验过程中的操作技能、观察能力和分析问题的能力。
4. 期末考试评价：全面检测学生对热现象知识的掌握程度，为下一步教学提供参考。
五、教学时间安排1. 第一章：4课时2. 第二章：4课时3. 第三章：3课时4. 第四章：4课时5. 第五章：3课时六、热力学定律6.1 热力学第一定律：能量守恒定律6.2 热力学第二定律：熵的增加6.3 热力学第三定律：绝对零度的不可能性七、比热容与热量传递7.1 比热容的概念及计算7.2 热量传递的数学表达式7.3 热量传递的应用实例八、热能转换8.1 热能与机械能的转换8.2 热能与电能的转换8.3 热能与其他形式能量的转换九、热机与热力学循环9.1 热机的原理与分类9.2 热力学循环的效率9.3 热机的发展与应用十、生活中的热现象解析10.1 烹饪中的热现象10.2 保暖与降温中的热现象10.3 能源利用与热现象十一、热现象的综合应用11.1 热现象在工业中的应用11.2 热现象在科技领域的应用11.3 热现象在环境保护中的应用十二、热现象与气候变化12.1 地球气候变化的原因12.2 热现象在全球变暖中的作用12.3 应对气候变化的措施十三、热现象与生物体13.1 生物体体温调节13.2 生物体热量的摄取与消耗13.3 生物体热现象的适应性十四、热现象的安全与防护14.1 热危害的类型与预防14.2 热防护措施与设备14.3 热安全常识与应急处理十五、课程总结与拓展15.1 热现象教学总结15.2 热现象拓展学习资源15.3 热现象在未来的发展趋势六、热力学定律：3课时七、比热容与热量传递：3课时八、热能转换：3课时九、热机与热力学循环：3课时十、生活中的热现象解析：3课时十一、热现象与环境科学11.1 热现象与环境污染11.2 热现象与气候变化11.3 热现象与可持续发展十二、现代热现象技术应用12.1 热能转换技术12.2 热力学在现代工业中的应用12.3 热现象在未来技术的发展趋势十三、热现象与人类健康13.1 人体热平衡与健康13.2 热现象与疾病13.3 热现象在健康保健中的应用十四、热现象与社会生活14.1 热现象在日常生活中的应用14.2 热现象与节能减排14.3 热现象与社会经济发展十五、热现象的跨学科研究15.1 热现象与其他学科的交叉研究15.2 热现象在多学科中的应用15.3 热现象研究的未来方向十一、热现象与环境科学：3课时十二、现代热现象技术应用：3课时十三、热现象与人类健康：3课时十四、热现象与社会生活：3课时十五、热现象的跨学科研究：3课时重点和难点解析本教案中，重点包括：1. 热现象的基本概念，如温度、热量和内能。
热学与热力学的研究方法物理教案
热学与热力学的研究方法物理教案一、引言热学和热力学是物理学中重要的分支领域，它们研究热量传递、能量转化以及物质状态的变化等方面的现象和规律。
本教案将介绍热学与热力学的学习方法和研究方法，旨在帮助学生深入了解和掌握这一领域的知识。
二、实验方法实验是研究热学与热力学的重要途径。
下面列举一些适合初学者的简单实验，供教师引导学生进行实践。
1. 传热实验在实验室中搭建传热系统，如利用烧杯、热导体等装置进行热传导实验。
学生可以通过测量温度的变化来观察热量的传递过程，了解热传导的基本原理。
2. 气体状态变化实验通过控制热源和测量气体状态参数，如压强、体积和温度等，学生可以进行气体状态变化的实验研究，例如气体的等温膨胀和绝热膨胀等。
3. 热力学循环实验构建一个热力学循环系统，如借助压缩机和热交换器等设备，进行实验研究。
学生可以通过测量各个环节的温度、压强等参数，分析系统的能量转化和效率等特性。
三、理论分析方法除了实验方法外，理论分析也是研究热学与热力学的重要手段。
以下列举一些常用的理论分析方法：1. 利用热学公式学生可以通过热学公式计算和推导热学问题，例如热传导方程、热平衡方程等。
在掌握基本公式的基础上，可以进一步进行应用和拓展。
2. 理想气体方程理想气体方程是研究气体状态变化的重要工具。
学生可以通过理想气体方程进行状态参数的计算和分析，如压力、体积和温度之间的关系计算等。
3. 熵的计算熵是热力学中描述系统无序度的重要概念，学生可以通过熵的计算和分析来研究系统的变化和稳定性等问题。
例如，在热力学循环系统中计算系统的熵变，以及熵增原理的应用等。
四、数值模拟方法随着计算机和数值模拟技术的发展，数值模拟方法在热学与热力学的研究中得到广泛应用。
学生可以利用数值模拟软件，如Matlab、COMSOL等，进行热学现象和热力学过程的模拟和分析。
1. 热传导模拟通过建立热传导方程的数值模型，学生可以模拟热传导过程并进行参数分析，例如热传导在不同材料中的传播速度、温度分布等。
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白云石分解－气氛的影响
白云石分解为氧化镁和氧化钙的过程分为两个步骤。第一步为碳酸镁分解，第二步为碳酸 钙分解。在氮气气氛下两步分辨得不明显。但是在二氧化碳气氛下两步分解明显分开。其 原因在于，二氧化碳的存在延迟了分解反应，而且对第二步反应的影响尤其显著
非晶态金属
高温DSC仪器可用于检测非晶态金属的 玻璃化转变以及后续的一系列相变。
(2) 阶梯高度 代表经历一个物理或化学过程重量 变化的多少，由它可以计算中间产物或最终产 物的量以及结晶水分子数或水含量等，故阶梯 高度是进行定量计算的基础。
(3) 阶梯斜度 对于同一过程，它与实验条件有关； 而对于相同的实验条件，它取决于变化过程。 阶梯斜度越大，说明对应过程的变化速率越快，
反之，则慢。由于阶梯斜度与反应速率有关， 由此可以求得动力学参数。
熔点与熔融热焓（DSC）
根据熔点，可以对结晶高分子进行大致的定性鉴别。 根据熔点，可以判断体系是无规共聚物还是共混物，以及共混的程度。 根据熔融峰面积，可以计算部分结晶样品的结晶度。 结晶性聚合物共混组成的测定（DSC） 图中对HDPE/PP 共混物的熔融过程进行了测定，可以清楚地看到熔融过程分为两
换句话说，试样在物理变化或化学反应时产生 的热量变化，由于及时输入电功率得到补偿。 所以实际记录的是试样和参比物下面两只加热 器电热补偿的热功率之差随时间t的变化。在程 控线性升温中，也即热功率之差随时间t（或温 度T）的变化,其积分峰面积对应的即为热效应 。 若事先用已知相变热的试样（如纯金属锡、铅、 铟等）的熔化来标定仪器常数，则峰面积就可 以得到 ΔH的绝对值。
1)热重法（TG，Thermogravimetry）
在热重法中，被测物理量即为试样受热反应而 产生的质量变化。许多物质在加热过程中若发 生如熔化、蒸发、升华、吸附等物理变化，或 是脱水、解离、氧化、还原等化学变化，即引 起质量改变。在程序控温的情况下，温度T与 时间t成线性关系。以质量对时间t或温度T作图， 得热重曲线（TG曲线）。TG曲线所提供的信 息主要有：物理或化学过程对应的质量变化以 及温度区间。热重法使用的基本仪器为热天平， 一般包括天平、加热炉、控温系统、记录系统 等几个部分。有的热天平还配有通入气氛或真 空装置。
基线下漂往往是由于样品粒度过大、用量过 大或是在坩埚中铺展不均匀堆积成块引起的。 这样使得反应中产生的水气不能在出峰时间内 及时扩散，而在接下来走基线的过程中一点点 逸散。显然这会使所得Δm偏小，且给处理数 据时取点带来困难。
本实验中所得TG曲线三次失重的Δm之比理论 上应为2:2:1，但最终结果往往是第一步Δm偏 大，最后一步偏小，偏大往往是由于吸附水的
下面介绍几个TG曲线定义的术语
a 平台Plateau TG曲线上质量基本不变的部分 b 起始温度Ti 累积质量变化达到热天平可以检
测的温度 c 终止温度Tf 累积质量变化达到最大值的温
度 d 反应区间 起始温度与终止温度之间的温度
间隔，即Ti－Tf段 e 阶梯 Step 两个平台之间的垂直距离
稳定的八面体结构在失去两分子水后不再稳定， 更易失水。
2．TG曲线的基线漂移
通常认为在线性升温过程中，基线呈斜率较 小的线性上漂是正常的。这是由于热天平所显 示的样品质量，实际上是重力与空气浮力的作 用之和。在升温过程中，空气受热密度下降， 样品所受浮力减小，在天平上显示为增重。在 压力不太大的情况下，气体基本上符合克氏方 程，基线的上漂也较好地符合这一线性过程。
复杂气氛控制下的热重分析（TG）
九．TG/DSC技术应用图例
热分析方法应用领域：物质鉴别，纯度， 相变尼行为， 涂料/树脂固化，化学反应动力学……
热分析方法分类
玻璃化转变的测定（DSC）
在无定形聚合物由玻璃态转变为高弹态的过程中伴随着比热变化， 在DSC 曲线上体现为基线高度的变化(曲线的拐折)。由此进行分 析，即可得到材料的玻璃化转变温度与比热变化程度。
在程序控温下，定性检测逸出的挥发性产物 和温度关系的一种技术
在程序控温下，测量挥发性产物的性质或数 量和温度关系的一种技术
在程序控温下，测量物质和参比物温度差和 温度关系的一种技术
在程序控温下，测量输入到物质和参比物功 率差和温度关系的一种技术
在程序控温下，测量物质在可忽略负荷时的 尺寸和温度关系的一种技术
二、实验原理
热分析技术是指在程序控温下，测量物质的物 理性质随温度变化的函数关系的一类技术。热 分析技术根据测定的物理量的不同可以分为几 个大类，测定质量随温度变化的有热重法(TG)， 导数热重法(DTG)，逸出气检测法(EGD)，逸 出气分析法(EGA)，测定温度差的有差热分析 (DTA)，测定热效应的有差示扫描量热法(DSC)， 还有热膨胀法(TD)，等等。详见下表。
3． DSC曲线
从DSC图谱的第1个峰上可看到一个明显的小肩峰，证明了 吸附水的存在，也解释了讨论2所提到TG曲线上Δm1偏大的 原因。第1个峰与第2个峰宽窄不同，已在讨论1中述及。主 要是由于CuSO45H2O结构方面的原因。
DSC曲线的基线是一条先上升后下降的弧线，这是由于样品 在升温过程中，热容也在随温度的改变而改变，发生脱水反 应后，样品成分已变，更会引起热容的改变。差动热量补偿 放大器不仅要对样品发生反应而引起的热效应进行补偿，也 要对未发生反应时，由于样品热容改变而引起的ΔT进行补 偿，这就使得DSC曲线的基线即使在不发生反应的时候，也 不完全是一条水平的直线。但在固定实验条件的情况下（如 固定仪器、气氛、参比、升温速率、样品预处理、方法等）， 同一样品有其固定的、特征的基线。
物 理 性 技术名 简
质
称
称
质量 热重法 TG
温度 焓 尺度
导数热 DTG 重法
逸出气 EGD 检测法
逸出气 EGA 分析法
差热分 DTA 析
差示扫 DSC 描量热 法 热膨胀 TD 法
简介
在程序控温下，测量物质的质量和温度关系 的一种技术 在程序控温下，测量物质的质量变化速率和 温度关系的一种技术
TG/DSC技术对CuSO45H2O脱 水机理的研究
一、教学目的：
1、 理解TG、DSC热分析技术的基本原 理，并掌握仪器的基本使用方法。
2、 学会定性并定量地对实验所得图谱进 行解析。
3、 正确表示出CuSO45H2O脱水过程每一 步变化对应的脱水温度，重量变化及热 效应，写出每步反应方程式。
由于氢键键能大于配位键，使得这一分子H2O 的失去更为困难。而四个配位水分为两步脱水， 是由于与SO42－结合的那个结构水上的另一个H 与其还有微弱的相互作用，牵制其不能同时脱 去。从DSC图谱还可看到第2个峰明显比第1个
峰更窄更尖锐，也即第二步脱水虽然要在稍高
的温度下才能发生，但速度很快，这说明原本
NR/SBR橡胶中增塑剂的分解（TG）
将NR/SBR 共混橡胶材料，在N2 气氛下按照标准的TG方 法进行分析，增塑剂的失重量为9.87%。（增塑剂失重与 橡胶分解台阶有较大重叠）
NR/SBR橡胶中增塑剂的分解（TG）
将该样品在真空下进行测试，由于增塑剂沸点 的降低，挥发温度与橡胶分解温度拉开距离， 得到了更准确的增塑剂质量百分比：13.10%。
脱去被包含在这步过程中，最后一步偏小，在
实验避免其他误差的情况下可能是由于数据处
理软件没有考虑基线上漂的结果。在第一步和
第二步中，脱水比较迅速，在此过程中基线漂
移的影响可忽略不计，但第三步脱水过程较长，
加之又是只脱一分子水，相比之下基线漂移带 来的相对误差也较大。三个Δm中，一般认为 第二步是最准确的。
用TG曲线定性或者定量分析的依据
(1)阶梯位置 由于热重法是测量过程中的重 量变化，所以凡是伴随着重量改变的物 理或化学变化，在其TG曲线上都相应有 阶梯出现，通常以该变化的温度区间表 示。同一物质发生不同的变化，如蒸发 和分解，对应分阶梯位置是不同的；不 同的物质发生同样的变化，也对应不同 的温度区间，因此，阶梯位置可作为判 断变化发生的定性依据。
1．CuSO45H2O的水合结构
综合TG和DSC图谱可知，CuSO45H2O脱水分为 三步。第一步与第二步温度间隔不大。在相对 较低的温度下各脱去2分子H2O。第三步在较高 温度下脱去最后一分子H2O。结合XRD测定结 果可知。CuSO45H2O中5个结晶水位置不同。 第一步及第二步脱去的4分子H2O是以配位键结 合在Cu2＋周围的配位水。最后一分子H2O则是 以氢键作用结合在SO42－离子上的结构水。更 易失水。
4.
虽然本实验是使用同一份样品同时进行TG和 DSC两种方法的测定，但TG和DSC出峰时间并 不一致。通常TG会比DSC稍滞后一段时间，这 在最后一分子水脱去时尤为明显。当样品开始 吸收热量时，也就是反应初期，反应物还处于 过到渡 足态 够， 越H过2反0并应未活从化体能系能中垒脱时离，，才要有当H能20量被大释 放出来，此时TG曲线才会出峰。最后一分子 HH能22更00脱 与大C去。u时S由OT于4G的滞T结G后和合更D比为S前C明两四显种个，方H也2法0说更测明为定这紧的一密原分，理子键不 同，判断反应发生的温度应以DSC为准，即以 反应物开始吸热的那一刻作为起始。
2)差示扫描量热法（DSC, Differential Scanning Calorimetry）
物质在物理变化和化学变化中往往伴随着热效 应。在DSC中，关键在于利用动态零位平衡原 理，将试样和参比物分别放入坩埚，在同样条 件下进行程序升温，当试样产生热效应时，可 由坩埚下的热电偶测得试样与参比之间的温差 ΔT，通过差热放大电路和差动热量补偿放大器 对其进行热补偿。当试样吸热时，补偿放大使 试样一边电流增大；当试样放热时，则增大参 比物一边的电流，直至两边热量平衡，始终保 持ΔT＝0。
个阶段，133.2℃为低熔点的HDPE 的熔融峰，161.2℃为PP 的熔融峰。计算两者 的熔融面积比，通过面积比/质量比的关系图可求得共混物的成分比例。