تشرح هذه المقالة ما هو المسعر وما يستخدم من أجله. بالإضافة إلى ذلك، سوف تكتشف الأنواع المختلفة من المسعرات الحرارية الموجودة وكيفية عمل أداة القياس هذه.
ما هو المسعر؟
المسعر هو أداة مختبرية تستخدم لقياس كمية الحرارة التي يتلقاها الجسم أو يفقدها. بالإضافة إلى ذلك، المسعر هو أداة تستخدم لتحديد الحرارة النوعية للمادة.
على سبيل المثال، يمكن استخدام المسعر لقياس الطاقة في شكل حرارة يتم إطلاقها أثناء التفاعل الكيميائي.
أحدث المسعرات الحرارية قادرة على العمل في نطاق واسع من درجات الحرارة، يمكن أن يصل بعضها إلى 3500 كلفن. بالإضافة إلى ذلك، المسعرات الحرارية حاليًا دقيقة للغاية، ويمكن أن تكون دقتها أقل من 1٪، على الرغم من أن هذا يعتمد على الخصائص و استخدام المسعر.
في قياس السعرات الحرارية، تطبيقات المسعر عديدة. يمكن استخدام المسعرات الحرارية لإجراء دراسة بيولوجية أو مراقبة الجودة أو حتى فحص المعدل البيولوجي.
أجزاء من المسعر
وبالنظر إلى تعريف المسعر، يتم شرح أجزاء المسعر النموذجي أدناه:
- ميزان الحرارة : يسمح لك بقياس درجة الحرارة داخل المسعر.
- المحراك : جزء من المسعر الذي يتم تحريكه باستمرار لرفع درجة حرارة الخليط.
- الغطاء : غطاء يمكن فتحه وإغلاقه لإدخال الخليط المراد دراسته.
- الخليط : هذه هي المادة التي نريد إجراء تحليل حراري لها.
- الطبقات العازلة : يجب أن تعزل حاوية المسعر الخليط حرارياً من الخارج، بحيث لا تؤثر عليه درجة الحرارة المحيطة. ولهذا السبب تتكون بشكل عام من طبقتين من العزل الحراري، عادة من البوليسترين.
أنواع السعرات الحرارية
الأنواع المختلفة من المسعرات الحرارية هي كما يلي:
- المسعر الأدياباتي : يتم استخدام المسعر الأدياباتي لدراسة التفاعلات الأدياباتيكية المعزولة، أي أن التبادل الحراري مع الخارج لا يمكن أن يحدث. ومع ذلك، يتم دائمًا فقدان قدر معين من الحرارة، لذلك عادةً ما يتم تطبيق عامل التصحيح للتعويض.
- مسعر التفاعل – تتم عملية كيميائية داخل المسعر المغلق والمعزول. بشكل عام، يتم استخدامه لتحديد الحرارة المنطلقة من التفاعل؛ كما أنه يستخدم في التفاعلات التي تتطلب درجة حرارة ثابتة.
- مقياس السعرات الحرارية للتدفق الحراري – مع هذا النوع، تتحكم سترة التدفئة/التبريد في درجة حرارة العملية الفيزيائية. يتم تحديد حرارة التفاعل عن طريق قياس الفرق في درجة الحرارة بين مائع نقل الحرارة وسائل المعالجة. وهي أقل دقة من الأنواع الأخرى من المسعرات الحرارية.
- مقياس السعرات الحرارية لتوازن الحرارة : يتطلب هذا النوع من المسعرات الحرارية أيضًا سترة تسخين/تبريد للتحكم في درجة حرارة العملية. يتم قياس الحرارة من خلال مراقبة الحرارة المكتسبة أو المفقودة بواسطة سائل النقل.
- المسعر المعوض للطاقة : في هذه الحالة يتم استخدام سخان يضاف إلى الحاوية للحفاظ على درجة حرارة ثابتة. يمكن تعديل طاقة التسخين وفقًا لاحتياجات التفاعل.
- مقياس السعرات الحرارية ذو التدفق الثابت – يحافظ هذا النوع من المسعرات الحرارية على تدفق مستمر للحرارة عبر جدار الحاوية.
- المسعر القنبلي : يستخدم هذا النوع من المسعر لحساب حرارة الاحتراق. من الشائع استخدام شرارة كهربائية لإشعال الوقود. بالإضافة إلى ذلك، فإنها تعمل تحت ضغوط عالية جدًا.
- مقياس السعرات الحرارية من نوع كالفيت : تستخدم هذه المسعرات مستشعر تدفق ثلاثي الأبعاد. وهي مناسبة تمامًا لأحجام العينات الكبيرة لأنها تسمح باستخدام حجم وعاء تفاعل أكبر.
- مسعر الضغط المستمر : يستخدم هذا النوع من المسعر لقياس التغير الحراري في المحلول تحت ضغط ثابت.
- مقياس السعرات الحرارية بالمسح التفاضلي – يوجد عادة درجان، صينية العينات وصينية مرجعية. تحتوي صينية العينات على العينة بينما يظل الدرج المرجعي فارغًا. يتم تسخين كل حاوية على حدة بمعدل محدد، ويتم الحفاظ على هذا المعدل طوال التجربة. ومع ذلك، يضمن نظام الكمبيوتر أن كل مقلاة تسخن بنفس المعدل، بحيث يمكن أخذ القياس. يجب أن يعمل السخان الموجود أسفل صينية العينات بجهد أكبر من الصينية المرجعية الفارغة، مما يعني أنه ينتج المزيد من الحرارة. وهكذا يقوم المسعر بالقياس حسب اختلاف كمية الحرارة المنبعثة في الصواني.
- مقياس السعرات الحرارية متساوي الحرارة – في هذا النوع، يتم استخدام حرارة التفاعل لمراقبة تجربة المعايرة. من الممكن تحديد نقطة منتصف التفاعل والمحتوى الحراري له وألفة الارتباط. يعد هذا النوع من المسعرات مفيدًا جدًا في صناعة الأدوية لتصنيف الأدوية المحتملة.
كيف يعمل المسعر الحراري
كما رأيت في القسم السابق، هناك أنواع عديدة من المسعرات الحرارية، لذا يعمل كل منها بشكل مختلف. وفيما يلي شرح لكيفية استخدام المسعر الأدياباتي، فهو الأكثر استخدامًا في التجارب المعملية.
يتم توصيل تشغيل المسعر عند هز شاكر. قبل استخدام شاكر، فمن المنطقي إدخال العينة في المسعر. وبمجرد إغلاق الغطاء لعزل العينة، يجب تحريك المحرض بسرعة، وبالتالي سترتفع درجة حرارة العينة. باستخدام مقياس الحرارة، يمكنك معرفة درجة حرارة العينة.
وبعد ذلك، بعد رج العينة، يتم إجراء القياسات ذات الصلة. بحيث يمكن مقارنة النتائج بالبيانات المقاسة قبل تسخين العينة. ومع كل البيانات التي تم جمعها أثناء التجربة، يمكن إجراء الحسابات، مثل تغير المحتوى الحراري الناتج في العملية الأديباتية.
الفرق بين المسعر ومقياس الحرارة
الفرق بين المسعر ومقياس الحرارة هو الكمية الحرارية التي يقيسونها. يُستخدم المسعر لقياس كمية الحرارة المكتسبة أو المفقودة، بينما يُستخدم مقياس الحرارة لقياس درجة حرارة الجسم.
يعد المسعر الحراري ومقياس الحرارة من الأدوات الشائعة في التجارب الديناميكية الحرارية. في الواقع، المسعر يدمج مقياس الحرارة لتحديد درجة الحرارة في الداخل.