Для чего нужен калориметр в физике

Количество теплоты и калориметр

В этом параграфе мы изучим несколько новых терминов. Определим их. Теплообмен – это явление перехода внутренней энергии одного тела во внутреннюю энергию другого тела без совершения механической работы. Количество теплоты – это энергия, перешедшая от одного тела к другому при теплообмене.

На рисунке показан калориметр – прибор для измерения количества теплоты. Простейший калориметр состоит из двух стаканов: внутреннего алюминиевого и внешнего пластмассового, которые разделены воздушным промежутком.

Рассмотрим пример. Во внутренний стакан нальём 100 г воды. Измерим её температуру: 20 °С. Погрузим в воду горячее тело – металлический цилиндрик. Внутри калориметра начнётся теплообмен, и некоторое количество теплоты перейдёт от цилиндрика к воде, в результате чего её температура повысится (см. рисунок). Вычислим изменение температуры воды:

Зная, что масса воды 100 г, инженер-теплотехник скажет: вода получила 100 г · 40 °С = 4000 калорий теплоты. В отличие от теплотехники, в физике количество теплоты выражают в джоулях (как и любую другую энергию). Для этого применяют специальную формулу:

Удельная теплоёмкость вещества – физическая величина, показывающая количество теплоты, необходимое для изменения температуры 1 кг этого вещества на 1 °С.

Используя таблицу (см. далее), легко подсчитать, что вода внутри калориметра получила от цилиндрика 16,8 кДж теплоты:

Формулу Q = cmΔt° применяют не только в том случае, когда вещество нагревается. Её также используют для подсчёта количества теплоты, которое отдают охлаждающиеся тела. Например, вода внутри отопительных батарей в квартире или классе.

Удельные теплоёмкости всех веществ измерены и занесены в специальные таблицы. Например, для воды в жидком состоянии с = 4200 Дж/(кг°С). Это значение показывает, что для нагревания 1 кг воды на 1 °С потребуется 4200 Дж теплоты. Можно сказать и иначе: каждый килограмм воды, остывая на 1 °С, отдаёт окружающим телам 4200 Дж тепловой энергии.

Поясним, почему в определении теплообмена присутствуют слова «без совершения механической работы». Вспомним, что в § 5-е мы рассмотрели опыт с манометром и горячей гирей. Тогда внутренняя энергия гири уменьшалась. Часть этой энергии превращалась в механическую работу – удлинялся «столбик» жидкости в манометре. В опыте с калориметром внутренняя энергия цилиндрика также уменьшалась. Однако теперь она превращалась во внутреннюю энергию воды без совершения работы (см. рисунок; для наглядности цилиндрик изображён вне калориметра).

Калориметрические измерения показывают, что теплообмен всегда протекает так, что убыль внутренней энергии одних тел сопровождается таким же приращением внутренней энергии других тел, участвующих в теплообмене. Это – одно из проявлений закона сохранения и превращения энергии.

Источник

История калориметра, детали, типы и их характеристики

калориметр представляет собой устройство, которое используется для измерения изменения температуры определенного количества вещества (обычно воды) с известной удельной теплоемкостью. Это изменение температуры связано с поглощением или выделением тепла в исследуемом процессе; химический, если это реакция, или физический, если он состоит из изменения фазы или состояния.

В лаборатории самый простой калориметр, который можно найти, это калориметр. Он используется для измерения тепла, поглощенного или выделенного в реакции при постоянном давлении, в водном растворе. Реакции выбираются так, чтобы избежать вмешательства реагентов или газообразных продуктов..

В экзотермической реакции количество выделяемого тепла может быть рассчитано по увеличению температуры калориметра и водного раствора:

Количество тепла, которое выделяется в реакции = количество тепла, поглощенного калориметром + количество тепла, поглощенного раствором

Количество тепла, поглощаемое калориметром, называется калориметрической емкостью калориметра. Это определяется подачей известного количества тепла в калориметр с заданной массой воды. Затем измеряют повышение температуры калориметра и содержащегося в нем раствора..

С этими данными и использованием удельной теплоемкости воды (4,18 Дж / г ºC) можно рассчитать калорийность калориметра. Эта емкость также называется постоянной калориметра.

С другой стороны, тепло, получаемое водным раствором, равно m · ce · Δt. В формуле m = масса воды, ce = удельная теплоемкость воды и Δt = изменение температуры. Зная все это, можно рассчитать количество тепла, выделяемое экзотермической реакцией..

История калориметра

В 1780 году французский ученый А. Л. Лавуазье, считающийся одним из отцов химии, использовал морскую свинку, чтобы измерить выработку тепла при дыхании..

Как? Использование устройства, похожего на калориметр. О тепле, производимом морской свинкой, свидетельствует таяние снега, окружавшего аппарат.

Исследователи А. Л. Лавуазье (1743-1794) и П. С. Лаплас (1749-1827) разработали калориметр, который использовался для измерения удельной теплоты тела методом таяния льда.

Калориметр состоял из луженого цилиндрического стакана, покрытого лаком, удерживаемого штативом и внутренне ограниченного воронкой. Внутри было помещено еще одно стекло, похожее на предыдущее, с трубкой, проходящей через внешнюю камеру и снабженной ключом. Внутри второго стекла была сетка.

В эту сетку помещалось существо или объект, удельное тепло которого было желательно определить. Лед был помещен внутри концентрических сосудов, как в корзине.

Тепло, выделяемое телом, поглощалось льдом, вызывая его слияние. И жидкий водный продукт таяния льда собирали, открывая ключ внутреннего стекла.

И, наконец, при взвешивании воды масса расплавленного льда была известна.

части

Изображение показывает части калориметрического насоса; Тем не менее, можно заметить, что он имеет термометр и мешалку, общие элементы в нескольких калориметрах.

Типы и их характеристики

Кофейная чашка

Это тот, который используется для определения тепла, выделяемого экзотермической реакцией, и тепла, поглощаемого в эндотермической реакции..

Калориметрический насос

Это устройство, в котором измеряется количество тепла, которое выделяется или поглощается в реакции, которая происходит при постоянном объеме..

Реакция протекает в прочном стальном сосуде (насосе), который погружается в большой объем воды. Это делает изменения температуры воды небольшими. Следовательно, предполагается, что изменения, связанные с реакцией, измеряются при постоянной температуре и объеме..

Вышесказанное указывает на то, что при проведении реакции в калориметрическом насосе работа не выполняется..

Реакция начинается с подачи электричества через кабели, подключенные к насосу.

Адиабатический калориметр

Он характеризуется наличием изолирующей структуры, называемой экраном. Экран расположен вокруг ячейки, где происходят изменения температуры и тепла. Он также подключен к электронной системе, которая поддерживает свою температуру очень близко к температуре элемента, чтобы избежать передачи тепла.

В адиабатическом калориметре разница температур между калориметром и его окружением сводится к минимуму; а также минимизировать коэффициент теплопередачи и время теплообмена.

Его части состоят из следующего:

-Ячейка (или контейнер), интегрированная в систему изоляции, с помощью которой пытаются избежать потери тепла.

-Термометр, для измерения изменений температуры.

-Нагреватель, подключенный к контролируемому источнику электрического напряжения.

-И щит, уже упоминавшийся.

В калориметре этого типа могут быть определены такие свойства, как энтропия, температура Дебая и плотность электронного состояния..

Изопериболический калориметр

Это устройство, в котором реакционная ячейка и насос погружены в конструкцию, называемую рубашкой. В этом случае так называемая рубашка состоит из воды, поддерживаемой при постоянной температуре.

Температура ячейки и насоса повышается при выделении тепла во время процесса сгорания; но температура водяной рубашки поддерживается на фиксированной температуре.

Микропроцессор контролирует температуру ячейки и кожуха, внося необходимые поправки в тепло утечки, возникающее в результате различий между двумя температурами..

Эти поправки применяются непрерывно и с окончательной поправкой, основанной на измерениях до и после испытания..

Проточный калориметр

Разработанный Caliendar, он имеет устройство для перемещения газа в контейнере с постоянной скоростью. При добавлении тепла измеряется увеличение температуры в жидкости..

Проточный калориметр характеризуется:

— Точное измерение постоянного расхода.

— Точное измерение количества тепла, вводимого в жидкость через нагреватель.

— Точное измерение повышения температуры в газе, вызванное подводом энергии

— Конструкция для измерения емкости газа под давлением.

Калориметр для дифференциальной сканирующей калориметрии

Он характеризуется наличием двух контейнеров: в одном помещается исследуемый образец, в то время как другой остается пустым или используется контрольный материал.

Два сосуда нагреваются с постоянной скоростью энергии с помощью двух независимых нагревателей. Когда начинается нагрев двух емкостей, компьютер будет отображать разницу тепловых потоков нагревателей в зависимости от температуры, что позволяет определить поток тепла..

Кроме того, можно определить изменение температуры как функции времени; и, наконец, калорийность.

приложений

По физикохимии

-Основные калориметры, типа кофейной чашки, позволяют измерять количество тепла, которое организм выделяет или поглощает. Они могут определить, является ли реакция экзотермической или эндотермической. Кроме того, удельная теплоемкость тела может быть определена.

-С помощью адиабатического калориметра удалось определить энтропию химического процесса и электронную плотность состояния.

В биологических системах

-Микрокалориметры используются для изучения биологических систем, которые включают взаимодействия между молекулами, а также происходящие конформационные изменения молекул; например, при развертывании молекулы. Линия включает в себя как дифференциальное сканирование, так и изотермическое титрование.

-Микрокалориметр используется при разработке лекарственных препаратов малых молекул, биотерапевтических средств и вакцин..

Кислородный насос калориметр и калорийность

Сжигание многочисленных веществ происходит в калориметре кислородного насоса, и его калорийность может быть определена. В число веществ, изученных с помощью этого калориметра, входят: уголь и кокс; пищевые масла, как тяжелые, так и легкие; бензин и все моторные топлива.

А также виды топлива для авиационных реакторов; топливные отходы и размещение отходов; пищевые продукты и добавки для питания человека; кормовые культуры и добавки для кормления животных; строительные материалы; ракетное и ракетное топливо.

Аналогично, калорийность была определена с помощью калориметрии в термодинамических исследованиях горючих материалов; в изучении энергетического баланса в экологии; во взрывчатых веществах и термопорошках и в обучении основным термодинамическим методам.

Источник

КАЛОРИМЕТР

Смотреть что такое КАЛОРИМЕТР в других словарях:

КАЛОРИМЕТР

КАЛОРИМЕТР

КАЛОРИМЕТР

калориметр м. Прибор для измерения количества теплоты, выделяющейся или поглощаемой при каком-л. физическом, химическом или биологическом процессе.

КАЛОРИМЕТР

калориметр м. физ.calorimeter

КАЛОРИМЕТР

КАЛОРИМЕТР

КАЛОРИМЕТР

calorimeter, tintometer* * *калори́метр м.calorimeterадиабати́ческий калори́метр — adiabatic calorimeterга́зовый калори́метр — gas calorimeterдвойно́. смотреть

КАЛОРИМЕТР

КАЛОРИМЕТР, прибор, используемый при экспериментах, связанных с измерением количества тепла. Обычно это сосуд из материала, обладающего высокой проводи. смотреть

КАЛОРИМЕТР

м.calorimeter- адиабатический калориметр- адронный калориметр- бунзеновский калориметр- водяной калориметр- высокотемпературный калориметр- газовый кал. смотреть

КАЛОРИМЕТР

КАЛОРИМЕТР

КАЛОРИМЕТР

КАЛОРИМЕТР

КАЛОРИМЕТР

1) Орфографическая запись слова: калориметр2) Ударение в слове: калор`иметр3) Деление слова на слоги (перенос слова): калориметр4) Фонетическая транскр. смотреть

КАЛОРИМЕТР

• калориметр m english: calorimeter deutsch: Kalorimeter n français: calorimètre m Синонимы: микрокалориметр, тепломер, теплохранитель, фотока. смотреть

КАЛОРИМЕТР

прибор, служащий для измерения количества тепла при определении теплоемкости тел, теплотворной способности топлива, калорийности пищи, влажности водяно. смотреть

КАЛОРИМЕТР

КАЛОРИМЕТР

КАЛОРИМЕТР

calorimeter– адиабатический калориметр– газовый калориметр– двойной калориметр– дифференциальный калориметр– дроссельный калориметр– жидкостный калорим. смотреть

КАЛОРИМЕТР

калориметр прибор для определения количества теплоты, выделяемой или поглощаемой при каком–либо физ., хим. или биол. процессе.(Источник: «Микробиологи. смотреть

КАЛОРИМЕТР

КАЛОРИМЕТР

⊲ КАЛОРИМЕТР 1804, а, м.Фр. calorimètre.Физ.Прибор для определения количества теплоты, содержащейся в каких-л. телах, веществах.Ян. II 68.— Лекс. Ян. к. смотреть

КАЛОРИМЕТР

КАЛОРИМЕТР

КАЛОРИМЕТР

(2 м); мн. калори/метры, Р. калори/метров (прибор для определения количества теплоты; ср. колориметр)Синонимы: микрокалориметр, тепломер, теплохраните. смотреть

КАЛОРИМЕТР

КАЛОРИМЕТР

Калориметр (от лат. calor — тепло и …метр), прибор для измерения количеств теплоты, выделяющейся или поглощающейся при различных физических, химических или биологических процессах.

[Большой энциклопедический словарь: [А-Я] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Большая рос. энцикл.; СПб.: Норинт, 1997. — 1434, [16] с.; 26 см.]

КАЛОРИМЕТР

КАЛОРИМЕТР

Заимств. в конце XVIII в. из нем. или франц. яз., где Kalorimeter, calorimètre — сложение лат. calor «тепло» (см. калория) и греч. metreō «меряю».Синон. смотреть

КАЛОРИМЕТР

КАЛОРИМЕТР

КАЛОРИМЕТР

м физ calorimetro mСинонимы: микрокалориметр, тепломер, теплохранитель, фотокалориметр, фотометр, электрокалориметр

КАЛОРИМЕТР

-а, м. Прибор для измерения количества теплоты (в калориях), отдаваемой или поглощаемой телами.Синонимы: микрокалориметр, тепломер, теплохранитель, ф. смотреть

КАЛОРИМЕТР

(calorimeter) прибор для измерения количества тепла, выделившегося или накопившегося во время различных химических и физических превращений. Например, с помощью калориметра можно определить в калориях общую энергетическую ценность различных пищевых продуктов. Калориметрия (calorimetry). смотреть

КАЛОРИМЕТР

(Калори- + греч. metreō измерять)прибор для измерения количества тепла, выделенного в ходе физического, химического или биологического процесса; различ. смотреть

КАЛОРИМЕТР

м. физ.calorimètre mСинонимы: микрокалориметр, тепломер, теплохранитель, фотокалориметр, фотометр, электрокалориметр

КАЛОРИМЕТР

КАЛОРИМЕТР

Ударение в слове: калор`иметрУдарение падает на букву: иБезударные гласные в слове: калор`иметр

КАЛОРИМЕТР

м., физ. calorimeter- калориметр для исследования теплообмена человека

Источник

СКАЖИТЕ ПОЖАЛУЙСТА. ОЧЕНЬ НАДО. Что представляет собой калориметр? Объясните его строение.

Калори́метр (от лат. calor — тепло и …метр) — прибор для измерения количества теплоты, выделяющейся или поглощающейся в каком-либо физическом, химическом или биологическом процессе. Термин «калориметр» был предложен А. Лавуазье и П. Лапласом (1780). Изобретен Хуго Юнкерсом.

В физике элементарных частиц и ядерной физике калориметром называется прибор для измерения энергии частиц

Современные калориметры работают в диапазоне температур от 0,1 до 3500 К и позволяют измерять количество теплоты с точностью до 0,01-10 %. Устройство калориметров весьма разнообразно и определяется характером и продолжительностью изучаемого процесса, областью температур, при которых производятся измерения, количеством измеряемой теплоты и требуемой точностью.
Типы калориметров

У жидкостных калориметров изотермическую температуру оболочки поддерживают постоянной. При определении теплоты химической реакции наибольшие затруднения часто связаны не с учётом побочных процессов, а с определением полноты протекания реакции и с необходимостью учитывать несколько реакций.

Калори́метр (от лат. calor — тепло и …метр) — прибор для измерения количества теплоты, выделяющейся или поглощающейся в каком-либо физическом, химическом или биологическом процессе. Термин «калориметр» был предложен А. Лавуазье и П. Лапласом (1780). Изобретен Хуго Юнкерсом.

Калори́метр (от лат. calor — тепло и …метр) — прибор для измерения количества теплоты, выделяющейся или поглощающейся в каком-либо физическом, химическом или биологическом процессе. Термин «калориметр» был предложен А. Лавуазье и П. Лапласом (1780). Изобретен Хуго Юнкерсом.

Современные калориметры работают в диапазоне температур от 0,1 до 3500 К и позволяют измерять количество теплоты с точностью до 0,01-10 %. Устройство калориметров весьма разнообразно и определяется характером и продолжительностью изучаемого процесса, областью температур, при которых производятся измерения, количеством измеряемой теплоты и требуемой точностью.

У жидкостных калориметров изотермическую температуру оболочки поддерживают постоянной.

Источник

Калориметрический опыт

Введение

Калориметрия (от лат. calor — тепло и лат. metro — измеряю) — совокупность методов измерения количества теплоты, выделяющейся или поглощаемой при протекании различных физических или химических процессов. Методы калориметрии применяют при определении теплоемкости, тепловых эффектов химических реакций, растворении, смачивании, адсорбции, радиоактивного распада и др. Методы калориметрии также широко применяют в промышленности для определения теплотворной способности топлива.

Калориметрические измерения

Изменение состояния (например, температуры) калориметрической системы позволяет измерить количество теплоты, введённое в калориметр. Нагрев калориметрической системы фиксируется термометром. Перед проведением измерений калориметр градуируют — определяют изменение температуры калориметрической системы при сообщении ей известного количества теплоты (нагревателем калориметра или в результате проведения в камере химической реакции с известным количеством стандартного вещества). В результате градуировки получают тепловое значение калориметра, то есть коэффициент, на который следует умножить измеренное термометром изменение температуры калориметра для определения количества введённой в него теплоты. Тепловое значение такого калориметра представляет собой теплоёмкость (с) калориметрической системы. Определение неизвестной теплоты сгорания или другой химической реакции Q сводится к измерению изменения температуры Δt калориметрической системы, вызванного исследуемым процессом: Q=cΔt. Обычно значение Q относят к массе вещества, находящегося в камере калориметра.

Калориметрический опыт

Калориметрический опыт состоит из трех периодов. В начальном периоде устанавливается равномерное изменение температуры, вызванное регулируемым теплообменом с оболочкой и побочными тепловыми процессами в калориметре, так называемый температурный ход калориметра.

Главный период начинается с момента ввода теплоты в калориметр и характеризуется быстрым и неравномерным изменением его температуры.

В конечном периоде опыта, по завершении изучаемого процесса, температурный ход калориметра снова становится равномерным. В калориметрах с изотермической оболочкой (иногда называют изопериболическими калориметрами) температура оболочки поддерживается постоянной, а температуры калориметрической системы измеряют через равные промежутки времени.

Для вычисления поправки на теплообмен, которая достигает нескольких процентов от dТ используют метод расчета, основанный на законе охлаждения Ньютона. Такие калориметры обычно применяют для определения теплот сравнительно быстрых процессов (продолжительность главного периода опыта 10-20 мин).

В калориметрах с адиабатической оболочкой температуру оболочки поддерживают близкой к температуре калориметрической системы в продолжение всего опыта (температуру последней измеряют только в начальном и конечном периодах опыта). Поправка на теплообмен в этом случае незначительна и вычисляется как сумма поправок на неадиабатичность и на ход температуры. Такие калориметры применяют при определении теплот медленно протекающих процессов.

· По конструкции системы и методике измерения:

Различают жидкостные и массивные, одинарные и двойные (дифференциальные) калориметры и др.

В массивном калориметре вместо калориметрической жидкости используют блок из металла с хорошей теплопроводностью (Сu, Al, Ag) с выемками для реакционного сосуда, термометра и нагревателя. Их применяют для измерения энтальпий сгорания, испарения, адсорбции и др., но чаще всего для определения энтальпии веществ при температурах до 3000К по методу смешения. Энтальпию вещества рассчитывают как произведение теплового значения калориметра и изменения температуры блока, измеренных после сбрасывания нагретого до нужной температуры образца в гнездо блока.

Для определения теплоемкости твердых и жидких веществ в области от 0,1 до 1000 К и энтальпий фазовых переходов используют калориметры-контейнеры (рис. 2), в которых калориметрическим сосудом служит тонкостенный контейнер (ампула для вещества) обычно небольшого размера (от 0,3 до 150 см3), изготовленный из меди, серебра, золота, платины, нержавеющей стали.

Адиабатический калориметр-контейнер для определения теплоемкости твердых и жидких веществ при низких температурах:

Калориметры-контейнеры, предназначенные для работы при низких температурах, кроме системы изотермической или адиабатической оболочек, защищают вакуумной рубашкой и помещают в криостат (сосуд Дьюара), заполненный в зависимости от температурной области жидким Не, Н₂ или N₂.

Теплоемкость газов и жидкостей при постоянном давлении определяют в проточных калориметрах – по разности температур на входе и выходе стационарного потока газа или жидкости, мощности этого потока и джоулевой теплоте, выделенной электрическим нагревателем.

При измерениях небольших тепловых эффектов, а также теплоемкостей применяют двойной калориметр, имеющий две совершенно одинаковые калориметрические системы (жидкостные, массивные, тонкостенные), которые находятся при одной и той же температуре и имеют одинаковый теплообмен с оболочкой. Вместо поправки на теплообмен вводят небольшую поправку на неидентичность калориметрических систем (блоков), определяемую предварительно. При определении тепловых эффектов экзотермических реакций в одном из блоков выделяется неизвестное количество теплоты исследуемой реакции Q_x (например, реакции полимеризации), а в другой блок вводится известное количество теплоты Q так, чтобы температуры обоих блоков были равны в продолжение всего опыта, тогда Q_x = Q. В случае эндотермических реакций теплота Q вводится в тот блок, в котором протекает процесс. В калориметрах постоянной температуры, или изотермических, количество теплоты измеряют по количеству вещества, изменившего свое агрегатное состояние (плавление льда, нафталина или испарение жидкости).

Величину Q определяют по площади пика на кривой нагревания:

К импульсной калориметрии относится метод калориметрии с нагревом вспышкой лазера, который применяют для исследования металлических и керамических материалов, а также жидких веществ в интервале температур 80-1100 К.

Применение

Калориметрия имеет множество практических и теоретических приложений. Например, измерения теплоты сгорания (количества тепла, выделяемого при сгорании единицы массы или объема вещества) весьма важны при выборе топлива. При проектировании реактивных и ракетных двигателей теплота сгорания топлива является наиболее важным параметром для определения получаемой тяги. Многие технологические процессы происходят при очень высоких или очень низких температурах. Количество тепла, которое надо затратить на подогрев или охлаждение используемых в этих процессах материалов, определяет экономическую целесообразность их применения; выбор материалов при конструировании оборудования производится с учетом их теплоемкости.

В теоретических приложениях калориметрические измерения теплоты реакций и теплоемкости веществ могут быть использованы для определения химической стабильности или реакционной способности материалов и даже для определения их молекулярного строения.

Основоположником калориметрии считают Дж. Блэка, создавшего в середине 18 века первый ледяной калориметр. Термин «калориметр» предложен А. Лавуазье и П. Лапласом в 1780.

Источник