比熱 (Specific Heat),又稱為比熱容,比熱容量 (Specific Heat Capacity),是熱力學研究中,用來表示物體吸熱或散熱的重要指標。比熱越大,代表物質吸熱、散熱的能力越強。比熱的國際單位是 J/(kg·K),也就是一公斤的物質,使其溫度上升 1K 度所需要的能量。計算比熱容,一般使用量熱儀,如,熱示差掃描量熱儀 (DSC) ,並測量某一質量的物質,在升降溫過程中,所吸收(釋放)的熱量。
測量比熱的儀器,一般會選擇熱示差掃描量熱儀 (DSC) 然而,使用一般DSC測試比熱的資料準確度不高,誤差可能達到10%,甚至更大。這是因為一般DSC的熱流感測器,只有在儀器底部裝置熱電偶,因此只能探測到坩堝/樣品容器底部的熱交換,並沒有測量全面性的熱交換狀況。尤其像熱絕緣 (Thermal Insulation) 的材料,更是不容易,因為這些材料通常是多孔隙的構造,同時也是低熱容量、低導熱綠的材料。
在 DSC 的量測中,我們會假設熱焓測量,是在一個總體熱含系統中進行 (Lumped-Heat-Capacity System),也就是將樣品視為一整塊的等溫體 (等溫塊狀系統)。然而,我們知道,在很多狀況下,樣品的溫度分布,並不是這麼回事,只有單一面有熱電偶的 DSC 測量方法,顯然跟實際情形會有一些落差,並影響測量的可靠度。
以一般DSC來測量、計算比熱容的問題有三:
SETARAM 的 C80 卡爾維式三維量熱儀 (3D CALVET Calorimeter),是新一代的精密量熱儀,採用三維全包覆式的量熱方式,在儀器中,裝置 9 x 38 個熱電偶 (由上到下共九個環,每個環放置38個熱電偶),在層層包覆下,測量樣品的吸熱、放熱能量。對於外型不規則,或者熱傳導不易平衡的樣品,C80 能夠最大限度發揮其效用,並且精準提供可靠的測量結果,以計算物質的比熱。
更多有關 C80 微量熱儀的技術資料,請參考本文「DSC 的進化 - C80 卡爾維式三維量熱儀」,以及 C80微量熱儀產品頁。
另外,對於金屬、氧化物形成過程的比熱研究,我們還有滴落式量熱儀,MHTC 96。這部儀器能夠測量金屬浴中的金屬 (合金形成研究),氧化物浴中的氧化浴 (氧化物形成研究),執行比熱計算,熱絕緣的比熱,或熱平衡的計算。更棒的是,這部儀器有360/420uL的超大容量樣品槽。關於產品詳情,請參考 MHTC 96 產品頁。