Calorimetrul (de la caloric - căldură și metru - măsurat) este un dispozitiv pentru măsurarea cantității. excretați sau absorbiți în orice proces fizic, chimic sau biologic. A fost propus termenul "calorimetru" și ().
In și folosit - un instrument pentru măsurarea energiei particulelor.
Calorimetrele moderne funcționează în intervalul de la 0,1 la 3500 și permit măsurarea cantității de căldură cu o precizie de 0,01-10%. Aranjamentul calorimetrelor este foarte divers și este determinat de natura și durata procesului studiat, de intervalul de temperatură la care sunt efectuate măsurătorile, cantitatea de căldură măsurată și precizia cerută.
Un calorimetru conceput pentru a măsura cantitatea totală de căldură Q. eliberată în timpul procesului de la început până la finalizare, se numește calorimetrul integratorului
Calorimetru pentru măsurarea debitului termic (debitul de eliberare a căldurii) L și modificările sale în diferite etape ale procesului - un contor de energie sau un calorimetru-oscilograf. Proiectarea sistemului calorimetric și metoda de măsurare disting între calorimetre lichide și masive, simple și duble (diferențiale).
Un calorimetru lichid-integrator de temperatură variabilă cu o acoperire izotermică este utilizat pentru a măsura căldura de dizolvare și încălzirea reacțiilor chimice. Se compune dintr - un vas cu un lichid (de obicei apă), în care se află: o cameră pentru desfășurarea procesului de investigare ("bomba calorimetrică"), un agitator, un încălzitor și. Căldura eliberată în cameră este apoi distribuită între camera, lichidul și alte părți ale calorimetrului, a căror totalitate se numește sistemul calorimetric al instrumentului.
Temperatura izotermică lichidă a carcasei este menținută constantă pentru calorimetre lichide. Atunci când se determină căldura unei reacții chimice, cele mai mari dificultăți sunt deseori asociate nu cu luarea în considerare a proceselor laterale, ci cu determinarea completitudinii reacției și a necesității de a lua în considerare mai multe reacții.
Modificarea stării (de exemplu, temperatura) a sistemului calorimetric face posibilă măsurarea cantității de căldură introdusă în calorimetru. Încălzirea sistemului calorimetric este fixă. Înainte de măsurarea calorimetrului, temperatura sistemului calorimetric este determinată atunci când se comunică o cantitate cunoscută de căldură (prin încălzirea calorimetrului sau ca urmare a efectuării unei reacții chimice în cameră cu o cantitate cunoscută de substanță standard). Ca urmare a calibrării, se obține valoarea calorimetrului termic, adică. care trebuie să fie înmulțită cu schimbarea temperaturii măsurată în termometru în calorimetru pentru a determina cantitatea de căldură introdusă în acesta. Valoarea termică a unui astfel de calorimetru este (c) sistemul calorimetric. Determinarea căldurii de ardere necunoscută sau a altei reacții chimice Q se reduce la măsurarea schimbării temperaturii Δt a sistemului calorimetric cauzată de procesul studiat: Q = c Δt. De obicei, valoarea lui Q se referă la masa substanței în camera calorimetrului.
Procese adverse în măsurători calorimetrice [ ]
măsurare calorimetrică permit să se determine în mod direct numai cantitatea de căldură a procesului de testare și diferite procese secundare, cum ar fi agitarea, evaporarea apei, spargerea fiolei cu materialul și așa mai departe. N. Căldura reacțiilor secundare trebuie determinate prin experiment sau calcul și excluse din rezultatul final. Unul dintre procesele adverse inevitabile este calorimetrul cu mediul prin și. Pentru a ține seama de procesele laterale și, în primul rând, de schimbul de căldură, sistemul calorimetric este înconjurat de o cochilie a cărei temperatură este reglată.
Integratorul tip calorimetru altele - o izoterma (temperatură constantă) introdusă deasupra căldurii nu schimbă temperatura sistemului calorimetric și cauzează o schimbare în organism, care formează o parte a sistemului (de exemplu, topirea gheții în calorimetrului gheață). Numărul de căldură introdusă este calculată în acest caz, în greutate, o substanță care schimbă starea de agregare (de exemplu, greutatea de gheață topită, care poate fi măsurată printr-o modificare a volumului de amestec de gheață și apă) și.
Un integrator masiv de calorimetru este folosit cel mai adesea pentru a determina substanțele la temperaturi ridicate (până la 2500 ° C). Sistemul calorimetric al acestui tip de calorimetre este un bloc de metal (de obicei de la sau) cu adâncituri pentru vasul în care are loc reacția, pentru un termometru și un încălzitor. Entalpia substanței este calculată ca produsul valorilor termice de temperatura UPS bloc diferență calorimetru, măsurată după scăderea fiolă socket cu o anumită cantitate de substanță, și apoi fiola goală, încălzit la aceeași temperatură.
gaze și uneori lichide, determinate în m. n. calorimetre labirint flux - a diferenței de temperatură la intrarea și ieșirea fluxului de fluid sau flux de gaz staționare, și puterea căldurii Joule, un încălzitor electric calorimetru dedicat.
Calorimetru funcționează ca un contor de energie, în integrator calorimetrului contrast trebuie să aibă un transfer semnificativ de căldură la intrarea acestuia cantitatea de căldură îndepărtată rapid și starea calorimetrului determinată de valoarea puterii instantanee a procesului termic. Alimentarea cu energie termică proces este transferul de căldură de la calorimetrului cu coajă. Aceste calorimetre dezvoltat de fizicianul francez. reprezintă un bloc de metal cu canale, care sunt plasate în celulă cilindrică. In celula, procesul în studiu este realizat; bloc de metal joacă rolul învelișului (temperatura este menținută constantă, cu o precizie de 10 -5 -10 -6 K). Diferența de temperatură măsurată de către unitatea de celule și termopil având 1000 intersecții. celulă de schimb de căldură și termopil mici este proporțională cu diferența de temperatură care apar între unitate și celulă, atunci când căldura eliberată sau absorbită. Blocul este plasat în principal două celule care funcționează ca un calorimetru diferențial: termopil fiecare celulă au același număr de intersecții și, prin urmare, diferența lor CEM permite determinarea în mod direct diferența în fluxurile de capacitate de căldură care intră în celulă. Această metodă evită măsurătorile de distorsiune măsurate fluctuații aleatorii bloc de temperatură. Pe fiecare celulă montat de obicei, două termofilă, unul compensează puterea termică a testului pe baza procesului. iar celălalt (indicator) este utilizat pentru a măsura o parte necompensată a fluxului de căldură. În acest caz, aparatul funcționează ca o compensare calorimetru diferențială La temperatura camerei, astfel calorimetre măsurate proces energie termică, până la 1 mW.
Numele comune calorimetre - „reacție chimică“, „bombardare“, „izoterme“, „de gheață“, „temperatură joasă“ - au origine istorică și indică în principal la o metodă și domeniul de utilizare calorimetre nu sunt nici complete, nici comparativ caracteristica lor.
O clasificare generală a calorimetrelor poate fi construită pe baza luării în considerare a celor trei variabile principale care determină tehnica de măsurare: temperatura sistemului calorimetric Tc; temperatura de coajă până la. care înconjoară sistemul calorimetric; cantitatea de căldură L. emisă în calorimetru pe unitate de timp (putere termică).
Calorimetre cu constante Tc și To sunt numite izoterme; cu Tc = To - adiabatic; calorimetru care funcționează la o diferență constantă de temperatură Tc - To. se numește un calorimetru cu schimb de căldură constant; într - un calorimetru isoperibolic (se numește și un calorimetru cu o cochilă izotermă) este constantă. și Tc este o funcție a puterii termice L.
Factorii care afectează rezultatul final de măsurare [ ]
Un factor important care afectează rezultatul final al măsurătorilor este de lucru sigură de reglare automată a temperaturii izoterme sau proiectilelor adiabatic. In temperatura calorimetrului shell adiabatic este reglată astfel încât să fie mereu aproape de temperatura de schimbare a unui sistem calorimetru. shell adiabatic - ecran metalic ușor, prevăzut cu un sistem de încălzire, - reduce schimbul de căldură, astfel încât temperatura calorimetrului variază în doar câteva zeci de miimi dg / min. de multe ori se reduce transferul de căldură în timpul experimentului calorimetrică la o valoare nesemnificativă, care pot fi neglijate. Dacă este necesar, rezultatele măsurărilor directe sunt corectate pentru schimbul de căldură, metoda de calcul care se bazează pe - proporționalitatea dintre calorimetrului fluxul de căldură și diferența incintei de temperaturile lor, în cazul în care diferența este mică (până la 3-4 ° C).
Pentru calorimetru izotermă, cu un înveliș de căldură reacției chimice poate fi determinată cu o precizie de până la 0,01%. Dacă dimensiunile calorimetrice mici, temperatura variază mai mult de 2-3 ° C, iar procesul de monitorizare este lung, atunci corecția plic izotermice pentru schimbul de căldură poate ajunge la 15-20% din valoarea măsurată și limita drastic precizia măsurătorilor. În aceste cazuri, este mai indicat să se utilizeze un shell adiabatic.
Cu calorimetru adiabatic se determină în intervalul 0.1 - 1000 K. Căldura specifică a materialelor solide și lichide la cameră și la temperaturi joase adiabată calorimetru protejate manta vid este imersate în. umplut cu lichid. sau. La temperaturi ridicate (peste 100 ° C) a fost plasată într-un cuptor electric calorimetru termostatic.
Tema lecției de astăzi este dedicată modului în care este posibil să se determine căldura specifică a unei substanțe prin experiment, adică în practică. În mod specific, luăm în considerare definiția capacității de căldură pentru un exemplu de corp solid - un cilindru din metal (alamă).
Scopul lucrării este de a determina capacitatea specifică de căldură a unui cilindru metalic.
Obiectul investigației: cilindru de alamă suspendat pe fir.
Aparatură și materiale: un cilindru metalic pe firul (figura 1), un pahar cu cana fierbinte de apă (figura 2), Două termometre (figura 3), Cîntar (Figura 4.) Calorimetru (Figura 5.).
Fig. 3. Termometru ()
Fig. 5. Calorimetrul ()
Prelucrarea datelor și calculul rezultatului:
Temperatura finală măsurată în stare de funcționare în calorimetru și restul datelor ne vor permite să calculam căldura specifică a metalului din care este fabricat cilindrul. Calculați valoarea dorită, vom proceda la faptul că, la răcire, cilindrul oferă exact aceeași cantitate de căldură pe care o primește apa când este încălzită, așa-numitul schimb de căldură are loc.
În consecință, obținem următoarele ecuații. Pentru încălzirea apei, cantitatea de căldură:
Căldură specifică de apă (valoare tabelară);
masa de apă, care poate fi determinată cu ajutorul unui echilibru, kg;
temperatura finală a apei și a cilindrului, măsurată cu un termometru;
temperatura inițială a apei reci, măsurată cu un termometru, o.
Pentru a răci cilindrul metalic, cantitatea de căldură:
căldura specifică a metalului din care este fabricat cilindrul (valoarea căutată);
masa cilindrului, care poate fi determinată cu ajutorul unui echilibru, kg;
temperatura apei calde și, în consecință, temperatura inițială a cilindrului, măsurată cu un termometru;
temperatura finală a apei și a cilindrului, măsurată cu un termometru;
Notă. În ambele formule, scădem din cea mai mare temperatură cea mai mică pentru a determina valoarea pozitivă a cantității de căldură.
După cum sa arătat mai devreme, datorită procesului de schimb de căldură între apa rece și un cilindru metalic, cantitățile de căldură ale acestora sunt:
.
În consecință, căldura specifică a materialului cilindrului:
Rezultatele obținute în orice lucrare de laborator pot fi convenabil înscrise într-o tabelă și pentru a efectua mai multe măsurători și calcule pentru a obține media celui mai precis rezultat aproximativ. În cazul nostru, masa poate arăta astfel:
Greutatea apei în calorimetru
Concluzie: Valoarea calculată a căldurii specifice a materialului cilindrului.
Astăzi am luat în considerare metodologia de efectuare a lucrărilor de laborator pentru a măsura căldura specifică a unui solid. În următoarea lecție vom vorbi despre eliberarea de energie în timpul arderii de combustibil.
Lista recomandărilor recomandate
1. Gendenshtein L. E, Kaidalov AB, Kozhevnikov VB / Ed. Orlova VA A. Roisen II Fizica 8. - M. Mnemozin.
3. Fadeeva AA Zasov AV Kiselev DF Fizica 8. - M. Iluminare.
Linkuri recomandate pentru resursele de internet
Recomandări tematice
1. În ce etapă a lucrării de laborator este posibil să se obțină cea mai mare eroare de măsurare?
2. Ce ar trebui să fie materialul și calorimetrul dispozitivului pentru obținerea celor mai exacte rezultate ale măsurătorilor?
3. Propuneți-vă propria tehnică pentru măsurarea căldurii specifice a lichidului.
Calorimetru - un instrument pentru măsurarea cantității de căldură, capacitate termică, căldură de combustie etc. D. Cel mai simplu calorimetru este un sistem de două recipiente cilindrice de diferite diametre. Vasul mai mic 1 este introdus în interiorul celui mai mare 2 pe suportul izolator termic 3. Suprafețele laterale ale vaselor sunt separate printr-un strat de aer 4, care de asemenea posedă proprietăți termoizolante.
Un astfel de sistem permite minimizarea pierderilor de căldură prin măsurarea cantității de căldură eliberată sau absorbită în procese termice :. încălzire, topire, fierbere, cristalizare și așa mai departe P. Calorimetrie - un set de metode de măsurare a efectelor termice (cantitate de căldură) care însoțesc diverse caracteristici fizice, chimice și biologice procese (de exemplu, senzație de arsură, substanțe de schimb de căldură, separarea sau absorbția energiei în reacții chimice).
