Thermoanalytisch erfassbare Vorgänge

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Thermische Analyseverfahren und Zustandsänderungen

Überblick über thermische Analyseverfahren

Differenzialthermoanalyse (DTA) und Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC)

Diese beiden Verfahren messen, wie sich die Wärmeaufnahme oder -abgabe eines Probenmaterials im Vergleich zu einem Referenzmaterial verändert, wenn beide gleichmäßig erwärmt oder abgekühlt werden. Während bei der DTA die Temperaturdifferenz zwischen Probe und Referenz gemessen wird, bestimmt die DSC direkt den Energieumsatz. Beide Verfahren sind hervorragend geeignet, um Phasenübergänge wie Schmelzen oder Kristallisieren zu untersuchen.

Thermogravimetrie (TG)

Die TG fokussiert sich auf die Veränderung der Masse einer Probe während einer kontrollierten Temperaturänderung. Dieses Verfahren kann beispielsweise zur Analyse von Zersetzungsreaktionen genutzt werden, da viele chemische Vorgänge mit einem Massenverlust einhergehen.

Thermomechanische Analyse (TMA)

Die TMA misst die Größenänderung einer Probe unter Temperatureinfluss. Diese Methode kann unter anderem eingesetzt werden, um den Ausdehnungskoeffizienten von Materialien zu bestimmen oder um Glasübergänge in Polymeren zu untersuchen.

Thermisch erfassbare Zustandsänderungen

Phasenumwandlungen

Phasenumwandlungen sind Zustandsänderungen, bei denen sich die physikalischen Eigenschaften eines Materials deutlich verändern. Ein klassisches Beispiel ist der Übergang von fest zu flüssig – also das Schmelzen. Diese Vorgänge sind oft mit einem Energieumsatz verbunden, z.B. der Latentwärme, die aufgenommen oder abgegeben wird.

Wichtiges Konzept: Latentwärme

Bei Phasenübergängen wird Energie in Form von Latentwärme umgesetzt, ohne dass sich die Temperatur der Substanz ändert.

Spezifische Übergänge

Ein besonderes Augenmerk liegt auf den Glasübergängen in Polymeren und rekristallisationsinduzierten Veränderungen bei Metallen und Legierungen. Diese Übergänge können die mechanischen Eigenschaften des Materials drastisch beeinflussen.

Chemische Reaktionen

Eine weitere wesentliche Anwendung thermischer Analysen sind chemische Reaktionen wie Zersetzungsreaktionen oder Oxidationsprozesse. Über die Analyse der Wärmeflüsse oder Massenveränderungen können Reaktionsmechanismen aufgedeckt und kinetische Parameter bestimmt werden.

Zusammenfassung

  • Differenzialthermoanalyse (DTA) und Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) messen Wärmeaufnahme oder -abgabe eines Materials im Vergleich zu einem Referenzmaterial, ideal für die Analyse von Phasenübergängen.
  • Thermogravimetrie (TG) konzentriert sich auf Massenveränderungen einer Probe bei kontrollierter Temperaturänderung, nützlich für die Untersuchung von Zersetzungsreaktionen.
  • Thermomechanische Analyse (TMA) mißt die Größenänderung einer Probe unter Temperatureinfluss, was zum Bestimmen des Ausdehnungskoeffizienten oder zur Untersuchung von Glasübergängen in Polymeren verwendet wird.
  • Phasenumwandlungen betreffen Zustandsänderungen mit deutlichem Wechsel der physikalischen Eigenschaften, oft verbunden mit Energieumsatz, wie bei der Latentwärme.
  • Glasübergänge in Polymeren und rekristallisationsinduzierte Veränderungen bei Metallen beeinflussen die mechanischen Eigenschaften des Materials signifikant.
  • Chemische Reaktionen, wie Zersetzungsreaktionen oder Oxidationsprozesse, werden durch Analyse der Wärmeflüsse oder Massenveränderungen erfasst, um Reaktionsmechanismen und kinetische Parameter zu bestimmen.
  • Importanz der thermischen Analyse für die Materialcharakterisierung, um Stabilität, Materialkompatibilität und Reaktion auf Alterungsprozesse zu verstehen.

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