ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ

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 Zn5Аl и Zn55Аl.
Ключевые слова: сплав Zn5Аl и Zn55Al – коэффициент теплоотдачи – теплопроводность – энтальпия – энтропия – энергия Гиббса – температурная зависимость.
Изучение тепловых свойств сплавов Zn5Al и Zn55Al представляет как научный, так и практический интерес, особенно в свете широкого использования их в качестве защитных покрытий. Сведения о термодинамических свойствах сплавов Zn5Al и Zn55Al в литературе практически отсутствуют.
В связи с этим в настоящей работе нами в режиме охлаждения исследована удельная теплоёмкость сплавов марок Zn5Al и Zn55Al 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 Zn55Al T  415.594exp(0.0027825 )  354.5006exp( 0.00011711  ).
для Zn5Al T  418.7113exp(0.0021997 )  297.4893exp(0.000024674  )
(1)
Дифференцируя уравнение (1) по τ для скорости охлаждения, для сплавов Zn5Al и Zn55Al
имеем:
dТ
 abe  b  pke  k ,
d
(2)
По уравнению (2) нами были вычислены скорости охлаждения образцов сплавов Zn5Al и
Zn55Al, 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: jamshed-7206@mail.ru
588
Материаловедение
И.Н.Ганиев, Дж.Н.Алиев и др.
T,K
800
700
600
Zn5Al
Zn55Al
500
400
300
t,c
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Рис. 1. График зависимости температуры образцов сплавов Zn5Al и Zn55Al от времени охлаждения.
По этому же уравнению нами были вычислены скорости охлаждения образцов сплавов Zn5Al
и Zn55Al (рис.2).
dT/dt,K/c
0,0
-0,2
-0,4
-0,6
Zn5Al
Zn55Al
-0,8
-1,0
-1,2
T,K
-1,4
200
300
400
500
600
700
800
Рис. 2. Температурная зависимость скорости охлаждения образцов сплавов Zn5Al и Zn55Al.
Используя вычисленные данные по теплоёмкости сплавов Zn5Al и Zn55Al и экспериментально полученные величины скорости охлаждения, нами были рассчитаны коэффициенты теплоотдачи
 Т  (Вт/ м2·К) для сплавов Zn5Al и Zn55Al по следующей формуле:
Cm dТ
d ,

(T  T0 )  S
589
(3)
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
2014, том 57, №7
где m и S – масса и площадь поверхности образца, Т и То – температура образца и окружающей среды
соответственно. Для сплавов Zn5Al и Zn55Al температурная зависимость коэффициента теплоотдачи
имеет вид (рис. 3):
для Zn5Al  (T )  17.3142  0.791T  6.3354  105 T 2  1.3978  108 T 3 ,
для Zn55Al  (T )  5.4722  0.0834T  3.0880  104 T 2  2.2725  107 T 3.
(4)
Температурные зависимости удельной теплоёмкости сплавов Zn5Al и Zn55Al приведены на
рис. 4. В результате эксперимента (с учётом скорости охлаждения образцов) получено следующее
уравнение для температурной зависимости удельной теплоемкости (Дж/(кг·К)) сплавов Zn5Al и
Zn55Al в интервале температур 300 - 600 К:
для Zn5Al CP  484.1771  0.5739T  1.3846  103 T 2  7.7432  107 T 3 ,
для Zn55Al CP  612.9926  0.1277T  2.3465  104 T 2  5.1942  108 T 3.
(5)
Для расчёта температурной зависимости энтальпии, энтропии и энергии Гиббса были использованы интегралы от молярной теплоёмкости сплавов для Zn5Al и Zn55Al (Дж/моль·К)
для Zn5Al CP  31.6458  0.03751T  9.0497  105 T 2  5.0609  108 T 3 ,
для Zn55Al CP  27.6827  0.0057T  1.0596  105 T 2  2.3457  109 T 3.
(6)
T
T
H (T )  H  0   C p T dT , S (Т )   C p T d nT , G(T )  H (T )  TS (T ).
(7)
0
0
Для сплавов Zn5Al и Zn55Al получены следующие уравнения для температурных зависимостей энтальпии (Дж/моль), энтропии (Дж/(моль∙К)) и энергии Гиббса (Дж/моль) (рис. 5-7):
Zn5Al H  31.6458T  0.01875T 2  3.0165  105 T 3  1.2652  108 T 4 ,
Zn55Al H  27.6827T  0.0028834T 2  3.532  106 T 3  5.864  1010 T 4 .
25
,Вт/(м2.К)
20
15
10
5
Zn5Al
Zn55Al
0
T.K
200
300
400
500
600
700
800
Рис. 3. Температурная зависимость коэффициента теплоотдачи сплавов Zn5Al и Zn55Al.
Расчёт по формуле (4).
590
(8)
Материаловедение
И.Н.Ганиев, Дж.Н.Алиев и др.
900
Cp, Дж/(кг·К)
800
700
600
Zn5Al
Zn55Al
500
400
Т, К
300
200
300
400
500
600
700
800
Рис. 4. Удельная теплоемкость сплавов Zn5Al и Zn55Al. Расчёт по формуле (5).
Теплоёмкость сплавов растёт по мере увеличения температуры и содержания алюминия в
сплавах.
Zn5AlS (T )  31.6458ln T  0.03751T  4.5248  105 T 2  1.6869  108 T 3 ,
Zn55Al S (T )  27.6827ln T  0.0057669T  5.298  106 T 2  7.819  1010 T 3.
Zn5Al G(T )  31.6458  T (ln T  1)  0.01875T 2  1.5083 10 5 T 3  4.217  109 T 4 ,
Zn55Al G(T )  27.6827  T (ln T  1)  0.0028834T 2  1.766 10 6 T 3  1.955  1010 T 4 .
(9)
(10)
Н, кДж/моль
26
24
22
20
18
16
14
12
Zn5Al
Zn55Al
10
Т, К
8
6
200
300
400
500
600
700
800
Рис. 5.Температурная зависимость энтальпии сплавов Zn5Al и Zn55Al. Расчёт по формуле (8).
По мере повышения температуры и содержания алюминия энтальпия сплавов увеличивается.
591
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
210
2014, том 57, №7
S, Дж/моль К
200
190
180
170
Zn5Al
Zn55Al
160
Т, К
150
200
300
400
500
600
700
800
Рис. 6. Температурная зависимость энтропии для сплавов Zn5Al и Zn55Al. Расчёт по формуле (9).
По мере повешением температуры энтропия увеличивается, а с ростом содержания алюминия
в сплавах энтропия уменьшается.
-20
G, кДж/моль
-40
-60
-80
-100
Zn5Al
Zn55Al
-120
Т, К
-140
200
300
400
500
600
700
800
Рис. 7. Температурная зависимость энергии Гиббса для сплавов Zn5Al и Zn55Al. Расчёт по формуле (10).
С ростом температуры коэффициент теплоотдачи, удельная теплоёмкость, энтальпия и энтропия Zn5Al и Zn55Al увеличиваются, а величина энергии Гиббса уменьшается. Таким образом, получены уравнения температурной зависимости теплофизических характеристик термодинамических
функций Zn5Al и Zn55Al, которые с точностью Rкорр = 0.999 описывают эти свойства.
Поступило 18.04.2014 г.
Л И Т Е РАТ У РА
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.
592
Материаловедение
И.Н.Ганиев, Дж.Н.Алиев и др.
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.Ѓаниев, Љ.Н.Алиев, Н.Ф.Иброхимов, С.Љ.Алиханова, Н.Б.Одинаева
ВОБАСТАГИИ ЊАРОРАТИИ ФУНКСИЯЊОИ ТЕРМОДИНАМИКИИ
ХЎЛАЊОИ ZN5AL ВА ZN55AL
Донишгоњи техникии Тољикистон ба номи академик М.С.Осимї
Бо тариќи таљрибавї вобастагии њароратии коэффитсиенти гармидињї, гармиѓунљоиш
ва функсияњои термодинамикии хўлањои Zn5Al ва Zn55Al тадќиќ карда шудааст.
Калимањои калидї: хўлаи Zn5Аl ва Zn55Al – коэффитсиенти гармидињї – гармиѓунљоиш – энталпия – энтропия – энергияи Гиббс – вобастагии њароратї.
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.
593