食品材料的热物理性质.

按测量原理，可把量热计分作三大类： • 热平衡型量热计(therma1egui1ibration calorimeter) ：使 量热计和被测物体的热交换变化的最终态是热平衡态， 或是使量热计与被测物体的热交换始终处于热稳定态 或热准稳态。这样就可以据能量平衡定律，从量热计 的标准物质的已知物性(比热、相变热)，已知质量及其 温度改变量或发生相态改变量，算出从待测物体上吸 收的热量。等温型冰量热计。 • 传导型量热计(conduction calorimeter) ：也称热漏型量 热计，利用在等温面上测定待测热物体传导给等温边 界的逃逸热流，并对等温面通过的热流进行时间积分 的方法来测定热量。温差式热流量热计。 • 热相似型量热计（thermal similar calorimeter) ：制造一 个电加热测量系统，使之与待测系统的热边界条件完 全相同，这样两系统对外界的热交换情况则完全相同， 因而可以根据电加热系统的电功率及其内部的标准物 质的物性和状态变化，求得待测系统的得失热量。差 示扫描量热计。
β ＝（△V/V）/T
表 3-2a 水的(体积)热膨胀系数
T /℃ 0 2 4 0.27 6 31.24 8 60.41 /10－6 (1/K) －68.1 －32.7
表 3-2b 冰的(体积)热膨胀系数
T /℃ /10－6 (1/K) 0 57 －25 －50 －75 －100 －125 －150 －175 50 43 38 31 24 17 12
表 3-4a 水的热导率
T/℃ 0 5 0.570 10 0.579 15 20 25 30 /W/(m· K) 0.561 0.588 0.597 0.606 0.613
表 3-4b 冰的热导率
T/℃ 0 －20 2.43 －40 2.66 －60 2.91 －80 －100 －120 3.18 3.47 3.81 /W/(m· K) 2.24
表 3-1a 水的密度
T /℃ /103(kg/m3) 0 0.99987 3.98 1.00000 5 0.99999 10 0.99973 20 0.99823
表 3-1b 冰的密度
T /℃ /103(kg/m3) 0 0.917 －25 0.921 －50 0.924 －75 0.927 －100 0.930
差示扫描量热仪：在程序温 度下，测量输入到物质和参 比之间的功率差，从-60º C(全
部冻结)到1º C(全部融化)扫描。
PE的功率补偿DSC原理图
二、比热容：使单位质量的物体温度升高1度
所必要的热量，J/（kg· K)
冷却法（投入法）
•
“三线法”比热测量：①将参比皿和用于跑基线的皿分别放在仪器的参比侧 （右侧）和样品侧（左侧），编制等温—升温—等温的温度程序，获得一条热 流曲线(一般升温的温度范围不要超过50℃)。②将试样侧的空皿取出，放入标 准物质，按同样的温度程序获得一条热流曲线。③将试样侧的标准物质取出， 放入被测物质，仍按相同温度程序获得热流曲线。有了三条热流曲线，即可利 用仪器的比热计算软件计算比热（无此软件也可手工计算）。
表 3-3a 水的比热容
T/℃ Cp /KJ/(kg·K) 0 4.2177 10 4.1922 20 4.1819 30 4.1785
表 3-3b 冰的比热容
T/℃ 0 －10 2.04 －70 1.57 －20 1.96 －80 1.49 －30 1.88 －100 1.34 －40 1.80 －120 1.18 －50 1.73 －140 1.03 Cp 2.12 /KJ/(kg·K) T/℃ －60 Cp /KJ/(kg·K) 1.65
表 3-5a 水的热扩散系数
T/℃ a /10－6(m2/s) 0 0.133 10 0.138 20 0.143 30 0.147 40 0.150
表 3-5b 冰的热扩散系数
T/℃ a /10－6(m2/s) 0 1.15 －25 1.41 －50 1.75 －75 2.21 －100 2.81
图2-12 Stepscan DSC的温度程序
图2-13 Stepscan DSC测量比热的原始振荡热流和原始基线热流
图2-14 Stepscan DSC测量比热的计算结果
三、热导率：反映物质传导热能力的性质参 数。
稳态法：实验测量待测试样上温度分布达到稳 定后进行，其分析的出发点是稳态的导热微分 方程，能直接测得导热系数。这种方法的特点 是实验公式简单，实验时间长，需要测量导热 量(直接或间接地)和若干点的温度。 非稳态法：实验测量过程中试样温度随时间变 化，其分析的出发点是不稳定导热微分方程， 常常只能直接测得导温系数，间接算得导热系 数。特点是，实验公式常不如稳态法那样简单 、直观，实验时间短，需要测量试样上苦干点 的温度随时间变化的规律，一般不必测量导热 量。
α＝λ/（cp·ρ）
• 冰在0℃的融化热：334.5kJ/kg或 6.003kJ/mol
§3-2 食品材料热物理性质的测量一、焓： NhomakorabeaQ ,相对值
• 过去多取-20º C冻结态的焓值为其零点 近来多取-40º C冻结态的焓值为其零点 • 热量测量的一般原理，用量热计接受待测热量，根据量热 计的状态变化量及对既知电能或标准物质热的标定结果， 确定待测热量。其关系可用下面方框图表示。
第三章
食品材料的热物理性质 和水分的扩散系数
§ 3-1 水和冰的热物理性质 § 3-2 食品材料热物理性质的测量
§ 3-3 食品材料热物理数据
§ 3-4 食品材料热物理性质的估算方法
§ 3-5 包装材料的性质
§ 3-6 食品材料中水分的扩散系数
§3-1 水和冰的热物理性质
一、密度 二、体膨胀系数 三、比热容Cp 四、热导率 五、热扩散率a 六、融化热
三线法测量KCL比热
• Stepscan 测量比热。通过在一系列小区间的 升温—等温的温度程序实现。不需要标准物 质，只要做一条振荡的基线热流和一条振荡 的热流曲线实验步骤如下：
– 称取质量相同的一对铝皿，一个用作试样皿，称 取样品放入并卷边，另一个空皿按同样方法卷边。 – 放参比皿（空皿）于参比侧，空皿于试样侧；温 度调至50℃，热流稳定后实施Stepscan温度程序 获取原始基线热流曲线。温度程序为：初温50℃， 第二点温度52℃，升温速率10℃/min，等温时间 0.8min，重复次数为15次 – 取出试样侧空皿，放盛有被测样品的试样皿，重 复上述的程序，获取试样的原始热流曲线，有了 以上两条热流曲线，就可以用软件提供的功能计 算比热值。