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Terahertz-KalorimetrieWie sich Wasser in der Umgebung von gelösten Molekülen verhält

Hat Idee des Terahertz-Kalorimeters realisiert: Martina Havenith

Chemikerinnen und Chemiker der Ruhr-Universität Bochum haben eine neue Methode entwickelt, mit der sie Veränderungen in der Energie und Struktur von Wassermolekülen in der Umgebung gelöster Moleküle erfassen können. 

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Wärmeleitfähigkeitsmessgerät TPS 500Wärmeleitfähigkeitsmessung für kleine Probenstücke

Die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit mit der Plattenmethode hat immer sehr viel Zeit in Anspruch genommen. Bis Platten und Proben im Gleichgewicht waren, konnte die Messung – abhängig von der Probengröße – schon mal ein paar Stunden bis einen Tag dauern. Außerdem waren bei der Plattenmethode Proben von 30 x 30 cm bzw. 50 x 50 cm speziell bei Baustoffen gefragt. Zwischenzeitlich gibt es Xenon-Flash- bzw. Laser-Flash-Methoden, die zwar kleinere Proben erlauben, die aber eine polierte Oberfläche bzw. die Kenntnis des CP-Wertes voraus setzen. Von den hohen Kosten all dieser Methoden ganz zu schweigen.

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Wärmeleitfähigkeitsmessgerät TPS 500: Wärmeleitfähigkeitsmessung  für kleine Probenstücke

In jedem Fall hat hier die günstige HotDisk TPS 500 die Nase vorne. Sie wird als „Transient Plane Source“ (TPS-)Technik bezeichnet. Die Methode arbeitet instationär dynamisch und ist dadurch sehr schnell. Ein flacher kreisrunder Sensor wird zwischen zwei Probenstücken platziert und definiert beheizt. Aus der Messung des zeitlichen Temperaturverlaufs des Sensors kann die Wärmeleitfähigkeit und die Temperaturleitfähigkeit der Sensorumgebung (= Probe) errechnet werden. Aus dem Verhältnis dieser beiden Größen wird die volumenbezogene spezifische Wärmekapazität bestimmt. Der Einfluss des thermischen Kontaktwiderstandes wird über die Auswertung eliminiert, so dass bei Feststoffen lediglich plane, aber durchaus auch raue oder poröse Oberflächen vorhanden sein können.

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Durch die individuelle Auswahl der Sensoren und Anpassung der Messparameter wie Heizstrom und Messzeit können nahezu alle Messaufgaben zur Bestimmung der genannten Größen gelöst werden. So sind auch Messungen an Pulvern, Schüttgut, Granulaten, Flüssigkeiten, anisotropen Proben sowie dünnen Schichten oder Filmen möglich.

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