Температурная зависимость термодинамических функций сплавов Zn5Al и Zn55Al Текст научной статьи по специальности «Физика»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2014, том 57, №7_

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

УДК 541.64:539.2

Академик АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиев, Дж.Н.Алиев, Н.Ф.Иброхимов,

С.Дж.Алиханова, Н.Б.Одинаева ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ

СПЛАВОВ ZN5AL И ZN55AL

Таджикский технический университет им. академика М.Осими

Экспериментально исследованы температурная зависимость коэффициента теплоотдачи, теплоёмкости и термодинамических функций сплавов 1п5А1 и 1п55А1.

Ключевые слова: сплав 1п5А1 и Zn55Al - коэффициент теплоотдачи - теплопроводность - энтальпия - энтропия - энергия Гиббса - температурная зависимость.

Изучение тепловых свойств сплавов 2п5А1 и 2п55А1 представляет как научный, так и практический интерес, особенно в свете широкого использования их в качестве защитных покрытий. Сведения о термодинамических свойствах сплавов 2п5А1 и 2п55А1 в литературе практически отсутствуют.

В связи с этим в настоящей работе нами в режиме охлаждения исследована удельная теплоёмкость сплавов марок 2п5А1 и 2п55Л1 в широком интервале температур. Измерения проводились на установке, достаточно подробно описанной в работах [1-3]. Экспериментально полученные временные зависимости температуры образцов (рис.1) с достаточно хорошей точностью описываются уравнением вида:

для 2п55А1 Т = 415.594 ехр(-0.0027825г) + 354.5006ехр(-0.00011711 г).

для 2п5А1 Т = 418.7113ехр(-0.0021997г) + 297.4893ехр(-0.000024674 г) (1)

Дифференцируя уравнение (1) по т для скорости охлаждения, для сплавов 2п5А1 и 2п55А1

имеем:

¿Т , Ьг кг

— = -аЬе Ъг - рке кг, (2)

¿г

По уравнению (2) нами были вычислены скорости охлаждения образцов сплавов 2п5А1 и 2п55Л1, графический вид которых приведён на рис. 1.

Адрес для корреспонденции: Алиев Джамшед Насридинович. Республика Таджикистан, 734042, г. Душанбе, пр. академиков Раджабовых, 10а, Таджикский технический университет. E-mail: [email protected]

Т,К 800 '

700

600 -

500 -

400 -

300 -

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Рис. 1. График зависимости температуры образцов сплавов 2п5Л1 и 2п55Л1 от времени охлаждения.

По этому же уравнению нами были вычислены скорости охлаждения образцов сплавов 2п5Л1 и 2п55Л1 (рис.2).

0,0 --0,2 --0,4 -0,6 --0,8 -1,0 -

Т,К

-1,2 --1,4

200 300 400 500 600 700 800

Рис. 2. Температурная зависимость скорости охлаждения образцов сплавов 2п5Л1 и 2п55Л1.

Используя вычисленные данные по теплоёмкости сплавов 2п5Л1 и 2п55Л1 и экспериментально полученные величины скорости охлаждения, нами были рассчитаны коэффициенты теплоотдачи

а(Т) (Вт/ м2К) для сплавов 2п5Л1 и 2п55Л1 по следующей формуле:

Ст

а =

йТ йт

(Т - Т0) • Я'

(3)

где т и - масса и площадь поверхности образца, Т и То - температура образца и окружающей среды соответственно. Для сплавов 2п5Л1 и 2п55Л1 температурная зависимость коэффициента теплоотдачи имеет вид (рис. 3):

для Zn5Al |а(Т )| = -17.3142 + 0.791Т - 6.3354 • 10-5 Т2 +1.3978 • 10-8 Т3, для Zn55Al |а(Т)| = 5.4722 - 0.0834Т + 3.0880• 10-4Т2 - 2.2725• 10-7Т3.

(4)

Температурные зависимости удельной теплоёмкости сплавов 2п5А1 и 2п55Л1 приведены на рис. 4. В результате эксперимента (с учётом скорости охлаждения образцов) получено следующее уравнение для температурной зависимости удельной теплоемкости (Дж/(кгК)) сплавов 2п5Л1 и 2п55Л1 в интервале температур 300 - 600 К:

для Zn5A1 С = 484.1771 - 0.5739Т +1.3846• 103Т2 - 7.7432• 10"7Т3, для Zn55A1 С = 612.9926 + 0.1277Т + 2.3465• 10"4Т2 - 5.1942-10"8Т3.

(5)

Для расчёта температурной зависимости энтальпии, энтропии и энергии Гиббса были использованы интегралы от молярной теплоёмкости сплавов для 2п5Л1 и 2п55Л1 (Дж/мольК)

для Zn5A1 С = 31.6458 - 0.03751Т + 9.0497 • 10~5Т2 - 5.0609• 10~8Т3, для Zn55A1 С = 27.6827 + 0.0057Т +1.0596• 10"5Т2 - 2.3457 • 10"9Т3.

(6)

Н(Т) = Н(0) + \Ср (ТУТ, £(Г) = $Ср (ТуЫТ, С(Т) = Н(Т) - ЩТ).

(7)

Для сплавов 2п5Л1 и 2п55Л1 получены следующие уравнения для температурных зависимостей энтальпии (Дж/моль), энтропии (Дж/(моль-К)) и энергии Гиббса (Дж/моль) (рис. 5-7):

2п5Л1 Н = 31.6458Т - 0.01875Т2 + 3.0165 • 10-5Т3 -1.2652 • 10-8Т4, 2п55Л1 Н = 27.6827Т + 0.0028834Т2 + 3.532• 10-6Т3 - 5.864• 10- 10Т4.

25

20

15

10

а,Вт/(м2К)

200

300

400

500

600

700

Т. К

800

Рис. 3. Температурная зависимость коэффициента теплоотдачи сплавов 2п5Л1 и 2п55Л1.

Расчёт по формуле (4).

(8)

0

0

5

0

900

800

700

600

500

400

300

Ср, Дж/(кгК)

2п5Л! 2п55Л!

Т, К

200 300 400 500 600 700 800

Рис. 4. Удельная теплоемкость сплавов 2п5Л1 и 2п55Л1. Расчёт по формуле (5).

Теплоёмкость сплавов растёт по мере увеличения температуры и содержания алюминия в

сплавах.

2п5Л1£(Т) = 31.64581пТ- 0.03751Т + 4.5248 • 105Т2 -1.6869 • 108Т3, 2п55Л1 8(Т) = 27.68271пТ + 0.0057669Т + 5.298• 106Т2 - 7.819• 10_1°Т3.

2п5Л1 0(Т) = -31.6458 • Т(1п Т -1) + 0.01875Т2 -1.5083 • 105Т3 + 4.217 • 10"9Т4, 2п55Л1 0(Т) = -27.6827 • Т(1пТ-1) - 0.0028834Т2 -1.766 • 10 6Т3 +1.955 • 10_1°Т4.

(9)

(10)

Н, кДж/моль

26 24 -22 -20 18 -16 -14 12 -| 10 8 Н 6

200

300

400

500

600

700

Т, К

800

Рис. 5.Температурная зависимость энтальпии сплавов 2п5Л1 и 2п55Л1. Расчёт по формуле (8). По мере повышения температуры и содержания алюминия энтальпия сплавов увеличивается.

210

200

190

180

170

160

150

S, Дж/моль К

Т, К

200 300 400 500 600 700 800

Рис. 6. Температурная зависимость энтропии для сплавов 2п5Л1 и 2п55Л1. Расчёт по формуле (9).

По мере повешением температуры энтропия увеличивается, а с ростом содержания алюминия в сплавах энтропия уменьшается.

G, кДж/моль

-20

-40 -

-60 -

-80 -

-100

-120

-140

Т, К

200 300 400 500 600 700 800

Рис. 7. Температурная зависимость энергии Гиббса для сплавов 2п5Л1 и 2п55Л1. Расчёт по формуле (10).

С ростом температуры коэффициент теплоотдачи, удельная теплоёмкость, энтальпия и энтропия 2п5Л1 и 2п55Л1 увеличиваются, а величина энергии Гиббса уменьшается. Таким образом, получены уравнения температурной зависимости теплофизических характеристик термодинамических функций 2п5Л1 и 2п55Л1, которые с точностью RKoPP = 0.999 описывают эти свойства.

Поступило 18.04.2014 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Низомов З., Гулов Б., Саидов Р.Х., Авезов З. Измерение удельной теплоёмкости твёрдых тел методом охлаждении. - Вестник национального университета, 2010, вып. 3(59), с. 136-141.

2. Алиев Дж., Обидов З., Ганиев И. Цинк-алюминиевые защитные покрытия нового поколения. Физико-химические свойства цинк-алюминиевых сплавов с щелочноземельными металлами. -LAMBERT Academic Publishing, 2014.

3. Иброхимов Н., Ганиев И., Низомов З. Теплофизические свойства и термодинамические функции сплава АМг2 с редкоземельными металлами. - LAMBERT Academic Publishing, 2014.

И.Н.Ганиев, Ч,.Н.Алиев, Н.Ф.Иброхимов, С.Ч,.Алиханова, Н.Б.Одинаева ВОБАСТАГИИ ХАРОРАТИИ ФУНКСИЯХОИ ТЕРМОДИНАМИКИИ

ХУЛАХОИ ZN5AL ВА ZN55AL

Донишго^и техникии Тоцикистон ба номи академик М.С.Осими

Бо тарики тачрибавй вобастагии хдроратии коэффитсиенти гармидихд, гармигунчоиш ва функсиях,ои термодинамикии хулах,ои Zn5Al ва Zn55Al тадкик карда шудааст. Калима^ои калиди: хулаи Zn5Al ва Zn55Al - коэффитсиенти гармидиуй - гармигунцоиш - энтал-пия - энтропия - энергияи Гиббс - вобастагии уароратй.

I.N.Ganiev, J.N.Aliev, N.F.Ibrohimov, S.J.Alihanova, N.B.Odinaeva TEMPERATURE DEPENDENCE THERMODYNAMIC FUNCTIONS ALLOYS

ZN5AL AND ZN55AL

M.S.Osimi Tajik Technical University

Experimentally investigated the temperature dependence of the heat transfer coefficient, heat capacity and thermodynamic functions of alloys and Zn5Al Zn55Al.

Key words: alloy Zn5Al and Zn55Al - heat transfer coefficient - thermal conductivity - enthalpy - entropy -Gibbs energy - temperature dependence.