ホットワイヤー法を応用した比熱(Cp)測定

比熱容量は、基本的な材料の特性であり、材料とその応用分野の評価に役立ちます。 これは、示差走査熱量測定 (DSC) を使用して決定できます。

比熱容量を決定する別の方法は、The transient heating wire method (ASTM C1113-99) を使用することです。 時間依存の方法は、気体や液体の熱物理特性である熱伝導率λ、熱拡散率aおよび比熱容量Cpを決定するための正確な結果を得ることができます。 温度上昇は、既知の距離で細い電熱線によって加熱されるサンプルで測定されます。 線材はジュール熱源であると同時に測温抵抗体としても機能します。 温度が上昇すると、ワイヤーの抵抗が変化するため、温度測定に使用できます。

1931 年頃に、Stålhane と Pyk は、これらの方法と非常によく似た装置で粉末の熱伝導率を測定していました。 彼らは、次の式で表すような関係を発見しました。

熱伝導方程式を考慮すると、特定の時点 t におけるワイヤーからの距離 r の温度 T は、線形熱源としての電熱線について次のように計算できます：

これにより、時間 t1 と t2 の 2 つの異なる時点での温度変化から熱伝導率 λ を計算できます 。

熱伝導率 λ、熱拡散率 、比熱容量 cp 、密度 ρ は以下の関係にあるので、

比熱容量 Cp は、次式を使用して決定できます。

Transient hot bridge method (THB)

ホットワイヤー方式のさらなる発展は、Brunswick (ドイツ) の物理技術連邦研究所のトランジエントホットブリッジで、2005 年にヨーロッパで発表されました (THB を参照)。

複数の特許を取得したセンサーが重要なコンポーネントです。 ホットワイヤー方式では電熱線が1本であるのに対し、THBでは4本の蛇行電熱線を使用しています。 各ワイヤーの非対称な形状とセンサー間の異なる距離は、ホイートストン ブリッジ回路と組み合わせており、測定誤差を効果的に補正します。

時間依存のホット ブリッジ法により、多数の材料と形状の熱物理材料特性 λ、a および Cp を同時に測定できます。 この方法は、固体と液体、粉末とペーストの結果を、高い測定精度と短い時間で測定可能です。

その応用範囲は幅広く、蓄熱材や断熱材の評価、電子部品やナノテクノロジーに使われる材料の分析などに利用されています。