この記事では、熱量計とは何か、またその用途について説明します。さらに、存在するさまざまな種類の熱量計と、この測定器がどのように機能するかを知ることができます。
熱量計とは何ですか?
熱量計は、人体が受け取る熱量または失う熱量を測定するために使用される実験器具です。さらに、熱量計は物質の比熱を測定するために使用される機器です。
たとえば、熱量計を使用して、化学反応中に放出される熱の形でエネルギーを測定できます。
最新の熱量計は幅広い温度で動作することができ、3500 K に達するものもあります。さらに、現在の熱量計は非常に正確であり、特性や環境によって異なりますが、精度が 1% 未満になることもあります。熱量計の使用。
熱量測定では、熱量計の用途は数多くあります。熱量計は、生物学的研究、品質管理、さらには生物学的速度の検査にも使用できます。
熱量計の部品
熱量計の定義を考慮して、一般的な熱量計の部品を以下に説明します。
- 温度計: 熱量計内の温度を測定できます。
- スターラー: 混合物の温度を上昇させるために継続的に撹拌される熱量計の一部。
- 蓋: 研究対象の混合物を導入するために開閉できる蓋。
- 混合物: これは、熱分析を実行したい物質です。
- 断熱層: 熱量計の容器は、周囲温度の影響を受けないように、混合物を外部から断熱する必要があります。このため、通常は 2 層の断熱材 (通常はポリスチレン) で構成されています。
熱量計の種類
熱量計には次のような種類があります。
- 断熱熱量計: 断熱熱量計は、孤立した断熱反応、つまり外部との熱交換が起こらない反応を研究するために使用されます。ただし、ある程度の熱は常に失われるため、通常は補正係数を適用して補償します。
- 反応熱量計– 密閉され断熱された熱量計の内部で化学プロセスが行われます。一般に、反応によって放出される熱を測定するために使用されます。一定の温度を必要とする反応にも使用されます。
- 熱流束熱量計– このタイプでは、加熱/冷却ジャケットが物理プロセスの温度を制御します。反応熱は、伝熱流体とプロセス流体の間の温度差を測定することによって求められます。他のタイプの熱量計よりも精度が劣ります。
- ヒートバランス熱量計: このタイプの熱量計には、プロセス温度を制御するための加熱/冷却ジャケットも必要です。熱は、移送流体によって得られる熱または失われる熱を監視することによって測定されます。
- エネルギー補償型熱量計: この場合、容器に追加されたヒーターを使用して一定の温度を維持します。加熱エネルギーは反応のニーズに応じて調整できます。
- 定流量熱量計– このタイプの熱量計は、容器の壁を通る熱の一定の流れを維持します。
- 爆弾熱量計: このタイプの熱量計は、燃焼熱を計算するために使用されます。燃料に点火するために電気火花が加えられるのが一般的です。さらに、非常に高い圧力でも動作します。
- カルベット型熱量計：3D流量センサーを使用した熱量計です。より大きなサイズの反応容器を使用できるため、大きなサンプルサイズに適しています。
- 定圧熱量計: このタイプの熱量計は、一定圧力下で溶液の熱変化を測定するために使用されます。
- 示差走査熱量計– 通常、サンプル トレイと参照トレイの 2 つのトレイがあります。サンプルトレイにはサンプルが含まれていますが、基準トレイは空のままです。各容器は特定の速度で個別に加熱され、この速度は実験全体を通じて維持されます。ただし、コンピューター システムにより、各鍋が同じ速度で加熱されることが保証されるため、測定が可能になります。サンプル トレイの下にあるヒーターは、空のリファレンス トレイよりも強く動作する必要があり、より多くの熱を発生します。このように、熱量計はトレイで発生する熱量の違いに応じて測定を行います。
- 等温滴定熱量計– このタイプでは、反応熱を使用して滴定実験を監視します。反応の中間点、エンタルピー、結合親和性を決定することが可能です。このタイプの熱量計は、製薬業界で潜在的な薬剤候補を分類するのに非常に役立ちます。
熱量計の仕組み
前のセクションで見たように、熱量計には多くの種類があり、それぞれの機能が異なります。室内実験で最もよく使われる断熱熱量計の使い方を説明します。
シェーカーを振ると熱量計の動作がつながります。シェーカーを使用する前に、サンプルを熱量計に導入するのが合理的です。また、サンプルを分離するために蓋を閉めた後は、スターラーを素早く動かす必要があるため、サンプルの温度が上昇します。温度計を使用すると、サンプルの温度がわかります。
次に、サンプルを振盪した後、関連する測定が実行されます。結果をサンプルを加熱する前の測定データと比較できるようにします。また、実験中に収集されたすべてのデータを使用して、断熱プロセスで生じるエンタルピーの変化などの計算を行うことができます。
熱量計と温度計の違い
熱量計と温度計の違いは、測定する熱量です。熱量計は得られる熱量または失われる熱量を測定するために使用され、温度計は体の温度を測定するために使用されます。
熱量計と温度計は、熱力学実験でよく使用される機器です。実際、熱量計には温度計が組み込まれており、内部の温度を測定します。