素材が受けた熱の簡易比較方法

質問

樹脂チューブが収縮するまでの温度条件を、高温槽で測定しました。
さまざまな温度条件において、CA線を樹脂に埋め込み、温度勾配を記録してエクセルで温度勾配グラフを作成しました。
グラフの形状は、高温槽に被測定物を入れ、データ取得を開始すると一気に温度が急上昇し、時間とともにサチレートしていくといった感じのデータが取れました。

要は樹脂メーカーの推奨温度に、樹脂に埋め込んだCA線部が達するまで、さまざまな温度域において（当然雰囲気温度が高いと達する時間は短くなります）、樹脂が受けた熱をグラフの面積で簡易比較しようとしています。

そこで質問させていただきたいのですが、
エクセルで描いた折れ線（実際には曲線）グラフのある点までのグラフ内面積を求める方法としまして、どのような方法が良いのでしょうか。
自分なりに考えたのは、データは１秒ごとの温度を記録したものなのですが
たとえば１秒間で１℃→10℃に変化したとしたら、中間の5℃×1秒=５として
同じようなやり方で、目的の温度まで積算していってそれを面積とする
というようなやり方でよいのでしょうか？

以上分かりづらい文章で申し訳ございませんが、ご助言お願い致します。

回答No.1

noname#230359 · ベストアンサー

取得したデータの曲線から面積を求める方法は、それでいいですね。
気になるのは、それが「素材が受けた熱量」であるか？疑問を感じます。
「受けた熱量」は（高温槽の温度－素材の元の温度）×時間
「素材が吸収した熱量（熱貫流量）」は「受けた熱量」－「取得データの面積」
とか解釈がいろいろありますが･･･？

??は求めたい熱量の解釈の例として挙げたもので、それぞれ関連がありません。

?は素材が目的の温度に達するまでどれだけの熱に晒されてきたか？
　素材の吸収に関わらず「受けた熱量」として解釈したもの。
?は高温槽から温度測定点まで熱が伝わるまでに、素材に吸収された熱量です。（重量に関係なく温度測定点付近の形状で変わります）
?の場合の計算方法は、例でいうと
150度×300sec＝45000　
熱貫流量＝45000－20000＝25000になります。

?も?も、熱がした仕事Q=比熱×重量×上昇温度とは違う結果になるでしょうが、それは素材の温度が厳密に測れないからです。
熱伝対の追随性が悪い場合には、?は熱伝対のみデータを取ってその面積との差を取った方がいいですね。

お礼

ご回答ありがとうございます。
後ろ押ししていただき、一部もやっとしたものが晴れたので、早速計算の方してみました。

>それが「素材が受けた熱量」であるか？疑問を感じます。

計算結果を比較したのですが、それぞれ割り振った各温度域における
収縮ポイント温度に達する面積の比較におきましては、かなりばらついており
（と言いますよりも、まったく相関がない）結果になりました。
ですので、やり方を変えてみる必要がありそうだとも感じました。
今日は帰宅してしまったのですが、明日出社したら他にご助言いただきました

?「受けた熱量」＝（高温槽の温度－素材の元の温度）×時間

?「素材が吸収した熱量（熱貫流量）」＝「受けた熱量」(※?の計算結果？）－「取得データの面積」

これはたとえば、素材温度30℃の樹脂を、150℃高温槽で5分加熱の場合は
「受けた熱量」＝（150℃-30℃）×300sec＝36000

取得データの面積を20000とすると

「素材が吸収した熱量（熱貫流量）」＝36000-20000＝16000

と言う事でしょうか

以上の方向での計算を行ってみて、もう一度結果を比較してみようと思っております。
切り口がひとつ見つかったようで、明日計算してみるのが楽しみです。
ありがとうございました。

ご報告遅れましたが、アドバイスを頂いた方法で計算を行ってみました。
グラフ上の面積、受けた熱量、熱貫流量ともに計算を行い、それぞれの比較を行ってみました。

結果ですが、当初の私の推定では、この樹脂には形状変化が起こるポイントがあって（実際にある温度で変形するのですが）
そのポイントまでの熱吸収量（熱貫流量）は、高温槽の温度が低ければ時間がかかり、温度が高ければ短い時間で済み
その面積（吸収した熱）は一定であると言う事でしたが
計算結果は、温度が高くなるに従い上記のすべての計算結果が減少していくと言うものでした。

今週はメイン業務の合間にそのことばかり調べたり、やったりしていたのですが
どうやら与えられた熱によって起こる化学変化（例えばゴムの加硫など）は
面積（貫流量）一定側が成り立つようなのですが、今回私が行った化学的変化を伴わない、物理的な変化にはあてはまらない事が分かりました。

推測は当たらなかったものの、アドバイスいただけたおかげで、分析方法の一つが分かり身につきましたことを感謝いたします。
次週は今回の結果をさらに深く掘り込んでいくつもりです（できるかな・・・）

ありがとうございました。