В этой статье объясняется, что такое калориметр и для чего он используется. Кроме того, вы узнаете о различных типах существующих калориметров и о том, как работает этот измерительный прибор.
Что такое калориметр?
Калориметр — лабораторный прибор, используемый для измерения количества тепла, получаемого или теряемого телом. Кроме того, калориметр — это прибор, используемый для определения удельной теплоемкости вещества.
Например, калориметр можно использовать для измерения энергии в виде тепла, выделяющегося во время химической реакции.
Самые современные калориметры способны работать в широком диапазоне температур, некоторые могут достигать 3500 К. Кроме того, в настоящее время калориметры очень точны, они могут иметь погрешность менее 1%, хотя это зависит от характеристик и использование калориметра.
В калориметрии калориметр имеет множество применений. Калориметры можно использовать для проведения биологических исследований, контроля качества или даже проверки биологической скорости.
Части калориметра
Что касается определения калориметра, ниже поясняются части типичного калориметра:
- Термометр : позволяет измерять температуру внутри калориметра.
- Мешалка : часть калориметра, которая постоянно перемешивается для повышения температуры смеси.
- Крышка : крышка, которую можно открывать и закрывать для введения исследуемой смеси.
- Смесь : это вещество, для которого мы хотим провести анализ теплотворности.
- Изоляционные слои : контейнер калориметра должен термически изолировать смесь снаружи, чтобы температура окружающей среды не влияла на нее. Вот почему они обычно состоят из двух слоев теплоизоляции, обычно полистирола.
Типы калориметров
Различают следующие типы калориметров:
- Адиабатический калориметр : Адиабатические калориметры используются для изучения изолированных адиабатических реакций, то есть не может происходить теплообмен с внешней средой. Однако некоторое количество тепла всегда теряется, поэтому для компенсации обычно применяется поправочный коэффициент.
- Реакционный калориметр . Химический процесс происходит внутри калориметра, который закрыт и изолирован. Обычно он используется для определения количества тепла, выделяющегося в результате реакции; он также используется в реакциях, требующих постоянной температуры.
- Калориметр теплового потока . В этом типе рубашка нагрева/охлаждения контролирует температуру физического процесса. Теплоту реакции определяют путем измерения разницы температур между теплоносителем и технологической жидкостью. Они менее точны, чем другие типы калориметров.
- Калориметр теплового баланса : для этого типа калориметра также требуется рубашка нагрева/охлаждения для контроля температуры процесса. Тепло измеряется путем мониторинга тепла, полученного или потерянного переносящей жидкостью.
- Калориметр с компенсацией энергии : в этом случае в контейнер добавляется нагреватель для поддержания постоянной температуры. Энергию нагрева можно регулировать в соответствии с потребностями реакции.
- Калориметр постоянного потока . Этот тип калориметра поддерживает постоянный поток тепла через стенку контейнера.
- Бомбовый калориметр : этот тип калориметра используется для расчета теплоты сгорания. Для воспламенения топлива обычно применяется электрическая искра. Кроме того, они работают при очень высоком давлении.
- Калориметр типа Кальве : в этих калориметрах используется 3D-датчик потока. Они хорошо подходят для образцов большого размера, поскольку позволяют использовать реакционные сосуды большего размера.
- Калориметр постоянного давления : этот тип калориметра используется для измерения изменения тепла в растворе при постоянном давлении.
- Дифференциальный сканирующий калориметр . Обычно имеется два лотка: лоток для проб и эталонный лоток. Лоток для образцов содержит образец, а эталонный лоток остается пустым. Каждый контейнер нагревается отдельно с определенной скоростью, и эта скорость поддерживается на протяжении всего эксперимента. Однако компьютерная система гарантирует, что каждая кастрюля нагревается с одинаковой скоростью, чтобы можно было провести измерение. Нагреватель под лотком для образцов должен работать интенсивнее, чем пустой эталонный лоток, а это означает, что он производит больше тепла. Таким образом, калориметр производит измерение по разнице количества тепла, выделяемого в лотках.
- Изотермический титровальный калориметр . В этом типе теплота реакции используется для мониторинга эксперимента по титрованию. Можно определить середину реакции, ее энтальпию и сродство связывания. Этот тип калориметра очень полезен в фармацевтической промышленности для классификации потенциальных кандидатов на лекарства.
Как работает калориметр
Как вы видели в предыдущем разделе, существует множество типов калориметров, поэтому каждый из них работает по-своему. Ниже объясняется, как используется адиабатический калориметр, поскольку он наиболее часто используется в лабораторных экспериментах.
Работа калориметра связана с встряхиванием шейкера. Перед использованием шейкера логично внести пробу в калориметр. И как только крышка будет закрыта, чтобы изолировать образец, мешалка должна двигаться быстро, поэтому температура образца повысится. С помощью термометра вы можете увидеть, при какой температуре находится образец.
Затем, после встряхивания образца, проводятся соответствующие измерения. Чтобы результаты можно было сравнить с измеренными данными перед нагревом образца. И на основе всех данных, собранных в ходе эксперимента, можно провести расчеты, например, изменение энтальпии, возникающей в адиабатическом процессе.
Разница между калориметром и термометром
Разница между калориметром и термометром заключается в измеряемой ими тепловой величине. Калориметр используется для измерения количества полученного или потерянного тепла, а термометр используется для измерения температуры тела.
Калориметр и термометр — обычные инструменты в термодинамических экспериментах. Фактически, калориметр объединяет термометр для определения температуры внутри.