Ιστορικό, μέρη, τύποι και χαρακτηριστικά των θερμιδόμετρων

Το θερμιδόμετρο είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της αλλαγής θερμοκρασίας μιας ποσότητας ουσίας (συνήθως νερού) γνωστής ειδικής θερμότητας. Αυτή η μεταβολή της θερμοκρασίας οφείλεται στη θερμότητα που απορροφάται ή απελευθερώνεται στη διαδικασία που μελετάται. χημική εάν είναι μια αντίδραση, ή φυσική εάν συνίσταται σε μια αλλαγή φάσης ή κράτους.

Στο εργαστήριο, το απλούστερο θερμιδόμετρο που μπορεί να βρεθεί είναι αυτό του φλιτζανιού καφέ. Χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της θερμότητας που απορροφάται ή απελευθερώνεται σε αντίδραση σε σταθερή πίεση σε υδατικό διάλυμα. Οι αντιδράσεις επιλέγονται για να αποφεύγεται η παρέμβαση αντιδραστηρίων ή αερίων προϊόντων.

Σε μία εξώθερμη αντίδραση, η ποσότητα της θερμότητας που απελευθερώνεται μπορεί να υπολογιστεί από την άνοδο της θερμοκρασίας του θερμιδομέτρου και το υδατικό διάλυμα:

Ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται στην αντίδραση = ποσότητα θερμότητας που απορροφάται από το θερμιδόμετρο + ποσότητα θερμότητας που απορροφάται από το διάλυμα

Η ποσότητα θερμότητας που απορροφάται από το θερμιδόμετρο ονομάζεται θερμιδική ικανότητα του θερμιδόμετρου. Αυτό καθορίζεται με την παροχή μιας γνωστής ποσότητας θερμότητας στο θερμιδόμετρο με μια δεδομένη μάζα νερού. Στη συνέχεια, μετριέται η αύξηση της θερμοκρασίας του θερμιδομέτρου και του διαλύματος που περιέχει.

Με αυτά τα δεδομένα και τη χρήση της συγκεκριμένης θερμότητας του νερού (4.18 J / g.ºC), η θερμιδική ικανότητα του θερμιδομέτρου μπορεί να υπολογιστεί. Αυτή η χωρητικότητα ονομάζεται επίσης σταθερή θερμιδομετρία.

Από την άλλη πλευρά, η θερμότητα που αποκτάται από το υδατικό διάλυμα είναι ίση με το m · ce · Δt. Στον τύπο m = μάζα νερού, ce = ειδική θερμότητα νερού και Δt = μεταβολή της θερμοκρασίας. Γνωρίζοντας όλα αυτά, μπορεί κανείς να υπολογίσει την ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται από την εξωθερμική αντίδραση.

Ευρετήριο

• 1 Ιστορία του θερμιδομέτρου
• 2 μέρη
• 3 Τύποι και τα χαρακτηριστικά τους
  • 3.1 Το κύπελλο καφέ
  • 3.2 Η θερμιδομετρική αντλία
  • 3.3 Το αδιαβατικό θερμιδόμετρο
  • 3.4 Το ισοπεριβολικό θερμιδόμετρο
  • 3.5 Το θερμιδόμετρο ροής
  • 3.6 Το θερμιδόμετρο για θερμιδομετρία διαφορικής σάρωσης
• 4 Εφαρμογές
  • 4.1 Στη φυσικοχημεία
  • 4.2 Σε βιολογικά συστήματα
  • 4.3 θερμιδόμετρο της αντλίας οξυγόνου και θερμιδικής ισχύος
• 5 Αναφορές

Ιστορία του θερμιδόμετρου

Το 1780, A. L. Lavoisier, Γάλλος χημικός, θεωρείται μητρική της χημείας, ένα ινδικό χοιρίδιο χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της παραγωγής θερμότητας από την αναπνοή.

Πώς; Χρησιμοποιώντας μια συσκευή παρόμοια με ένα θερμιδόμετρο. Η θερμότητα που παράγεται από το ινδικό χοιρίδιο αποδεικνύεται από την τήξη του χιονιού που περιβάλλει τη συσκευή.

Ερευνητές Α L Lavoisier (1743-1794) και S. Ρ Laplace (1749-1827) σχεδιάστηκε ένα θερμιδόμετρο χρησίμευσε για τη μέτρηση της ειδικής θερμότητας ενός σώματος, με τη μέθοδο της τήξης του πάγου.

Το θερμιδόμετρο αποτελείτο από ένα λουστραρισμένο, κυλινδρικό κασσίτερος σκάφος υποστηρίζεται από ένα τρίποδο και τελείωσε εσωτερικά χοάνη. Στο εσωτερικό, τοποθετήθηκε ένα άλλο ποτήρι, παρόμοιο με το προηγούμενο, με ένα σωλήνα που περνούσε από τον εξωτερικό θάλαμο και που είχε ένα κλειδί. Μέσα στο δεύτερο ποτήρι υπήρχε ένα πλέγμα.

Σε αυτό το πλέγμα τοποθετήθηκε το αντικείμενο ή αντικείμενο του οποίου η συγκεκριμένη θερμότητα ήταν επιθυμητό να προσδιοριστεί. Ο πάγος τοποθετήθηκε μέσα στα ομόκεντρα αγγεία, όπως και στο καλάθι.

Η θερμότητα που παράγεται από το σώμα απορροφάται από τον πάγο προκαλώντας τη σύντηξη. Και το υγρό προϊόν ύδατος της τήξης του πάγου συλλέχθηκε, ανοίγοντας το κλειδί του εσωτερικού γυαλιού.

Και τέλος, με τη ζύγιση του νερού, ήταν γνωστή η μάζα του τηγμένου πάγου.

Μέρη

Το πιο συνηθισμένο θερμιδόμετρο στα εργαστήρια διδασκαλίας χημείας είναι το λεγόμενο θερμιδόμετρο καφέ φλιτζανιού. Αυτό το θερμιδόμετρο αποτελείται από ένα ποτήρι ζέσεως ή, αντίθετα, από ένα δοχείο από ανιχνευτικό υλικό που έχει ορισμένες μονωτικές ιδιότητες. Μέσα σε αυτό το δοχείο τοποθετείται το υδατικό διάλυμα με το σώμα που παράγει ή απορροφά θερμότητα.

Στο άνω μέρος του δοχείου τοποθετείται ένα κάλυμμα μονωτικού υλικού με δύο οπές. Ένα εισάγει ένα θερμόμετρο για τη μέτρηση της αλλαγές της θερμοκρασίας, και από την άλλη έναν αναδευτήρα, κατά προτίμηση από υλικό γυαλιού, η οποία χρησιμεύει για την κίνηση των περιεχομένων του υδατικού διαλύματος.

Η εικόνα δείχνει τα μέρη μιας θερμιδομετρικής αντλίας. Ωστόσο, μπορεί να παρατηρηθεί ότι έχει το θερμόμετρο και τον αναδευτήρα, κοινά στοιχεία σε πολλά θερμιδόμετρα.

Τύποι και τα χαρακτηριστικά τους

Το κύπελλο καφέ

Χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της θερμότητας που απελευθερώνεται από μια εξωθερμική αντίδραση και η θερμότητα που απορροφάται σε μια ενδοθερμική αντίδραση.

Επιπλέον, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της συγκεκριμένης θερμότητας ενός σώματος. δηλαδή η ποσότητα θερμότητας που ένα γραμμάριο της ουσίας χρειάζεται να απορροφήσει για να αυξήσει τη θερμοκρασία της κατά ένα βαθμούς Κελσίου.  .

Η θερμιδομετρική αντλία

Είναι μια συσκευή στην οποία μετράται η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται ή απορροφάται σε μια αντίδραση που συμβαίνει σε σταθερό όγκο.

Η αντίδραση λαμβάνει χώρα σε ένα ισχυρό χαλύβδινο δοχείο (αντλία), το οποίο είναι βυθισμένο σε μεγάλο όγκο νερού. Αυτό κάνει τις αλλαγές στη θερμοκρασία του νερού μικρές. Συνεπώς, υποτίθεται ότι οι μεταβολές που σχετίζονται με την αντίδραση μετριούνται σε σταθερή θερμοκρασία και όγκο.

Τα παραπάνω υποδεικνύουν ότι δεν γίνεται εργασία όταν πραγματοποιείται αντίδραση σε θερμιδομετρική αντλία.

Η αντίδραση αρχίζει με παροχή ηλεκτρικού ρεύματος μέσω καλωδίων που συνδέονται με την αντλία.

Το αδιαβατικό θερμιδόμετρο

Χαρακτηρίζεται από την ύπαρξη μίας μονωτικής δομής που ονομάζεται ασπίδα. Η ασπίδα βρίσκεται γύρω από το κελί όπου συμβαίνουν αλλαγές θερμότητας και θερμοκρασίας. Είναι επίσης συνδεδεμένο με ένα ηλεκτρονικό σύστημα που διατηρεί τη θερμοκρασία του πολύ κοντά σε εκείνη της κυψέλης, για να αποφευχθεί η μεταφορά θερμότητας.

Σε ένα αδιαβατικό θερμιδόμετρο, ελαχιστοποιείται η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του θερμιδόμετρου και του περιβάλλοντος χώρου του. καθώς και την ελαχιστοποίηση του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας και του χρόνου ανταλλαγής θερμότητας.

Τα μέρη του αποτελούνται από τα ακόλουθα:

-Το κελί (ή το δοχείο), ενσωματωμένο σε ένα σύστημα μόνωσης με το οποίο προσπαθεί να αποφύγει την απώλεια θερμότητας.

-Το θερμόμετρο, για τη μέτρηση των αλλαγών θερμοκρασίας.

-Ένας θερμαντήρας, συνδεδεμένος σε μια ελεγχόμενη πηγή ηλεκτρικής τάσης.

-Και η ασπίδα, που ήδη αναφέρθηκε.

Σε αυτόν τον τύπο θερμιδόμετρου μπορούν να προσδιοριστούν ιδιότητες όπως η εντροπία, η θερμοκρασία Debye και η ηλεκτρονική πυκνότητα καταστάσεων.

Το ισοπεριβολικό θερμιδόμετρο

Πρόκειται για μια συσκευή στην οποία το κύτταρο αντίδρασης και η αντλία βυθίζονται σε μια δομή που ονομάζεται σακάκι. Σε αυτή την περίπτωση, το αποκαλούμενο σακάκι αποτελείται από νερό, που διατηρείται σε σταθερή θερμοκρασία.

Η θερμοκρασία του κυττάρου και της αντλίας αυξάνεται καθώς η θερμότητα απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας καύσης. αλλά η θερμοκρασία του καλύμματος νερού διατηρείται σε σταθερή θερμοκρασία.

Ένας μικροεπεξεργαστής ελέγχει τη θερμοκρασία του κυττάρου και του περιβλήματος, κάνοντας τις απαραίτητες διορθώσεις της θερμότητας διαρροής που προκύπτει από τις διαφορές μεταξύ των δύο θερμοκρασιών.

Αυτές οι διορθώσεις εφαρμόζονται συνεχώς και με τελική διόρθωση, με βάση τις μετρήσεις πριν και μετά τη δοκιμή.

Το θερμιδόμετρο ροής

Αναπτύχθηκε από την Caliendar, διαθέτει μια συσκευή για τη μετακίνηση ενός αερίου σε ένα δοχείο με σταθερή ταχύτητα. Όταν προσθέτετε θερμότητα, μετράται η αύξηση της θερμοκρασίας στο ρευστό.

Το θερμιδόμετρο ροής χαρακτηρίζεται από:

- Μια ακριβής μέτρηση της σταθερής παροχής.

- Ακριβής μέτρηση της ποσότητας θερμότητας που εισάγεται στο ρευστό μέσω θερμαντήρα.

- Μια ακριβής μέτρηση της αύξησης της θερμοκρασίας στο αέριο που προκαλείται από την είσοδο ενέργειας

- Ένας σχεδιασμός για τη μέτρηση της ικανότητας ενός αερίου υπό πίεση.

Το θερμιδόμετρο για θερμιδομετρία διαφορικής σάρωσης

Χαρακτηρίζεται από την ύπαρξη δύο δοχείων: σε ένα δείγμα που πρόκειται να μελετηθεί τοποθετείται, ενώ το άλλο διατηρείται άδειο ή χρησιμοποιείται υλικό αναφοράς.

Τα δύο δοχεία θερμαίνονται με μια σταθερή ταχύτητα ενέργειας, μέσω δύο ανεξάρτητων θερμαντήρων. Όταν εκκινείται η θέρμανση των δύο δοχείων, ο υπολογιστής θα γραφική παράσταση της διαφοράς της ροής της θερμότητας κατά τη θερμοκρασία θέρμανσης, ενώ είναι δυνατόν να προσδιοριστεί η θερμική ροή.

Επιπλέον, μπορεί να προσδιοριστεί η μεταβολή της θερμοκρασίας ως συνάρτηση του χρόνου. και τέλος, την θερμιδική ικανότητα.

Εφαρμογές

Στη φυσικοχημεία

-Τα βασικά θερμιδόμετρα, τύπου cup cup, επιτρέπουν τη μέτρηση της ποσότητας θερμότητας που ένα σώμα απελευθερώνει ή απορροφά. Μπορούν να προσδιορίσουν εάν μια αντίδραση είναι εξωθερμική ή ενδοθερμική. Επιπλέον, η συγκεκριμένη θερμότητα ενός σώματος μπορεί να προσδιοριστεί.

-Με το αδιαβατικό θερμιδόμετρο ήταν δυνατό να προσδιοριστεί η εντροπία μιας χημικής διεργασίας και η ηλεκτρονική πυκνότητα της κατάστασης.

Σε βιολογικά συστήματα

-Χρησιμοποιούνται μικροκαλομετρητές για τη μελέτη βιολογικών συστημάτων που περιλαμβάνουν αλληλεπιδράσεις μεταξύ μορίων, καθώς και τις μεταβολές της μοριακής διαμόρφωσης που συμβαίνουν. για παράδειγμα, στην εκδίπλωση ενός μορίου. Η γραμμή περιλαμβάνει τόσο τη διαφορική σάρωση όσο και την ισοθερμική τιτλοδότηση.

-Το μικροκαθοθραμερές χρησιμοποιείται στην ανάπτυξη φαρμάκων μικρών μορίων, βιοθεραπευτικών και εμβολίων.

Ο θερμιδόμετρο της αντλίας οξυγόνου και η θερμιδική ισχύς

Η καύση πολλών ουσιών εμφανίζεται στο θερμιδόμετρο της αντλίας οξυγόνου και μπορεί να προσδιοριστεί η θερμιδική της ισχύς. Μεταξύ των ουσιών που μελετώνται με τη χρήση αυτού του θερμιδόμετρου είναι: ο άνθρακας και ο οπτάνθρακας. βρώσιμα έλαια, τόσο βαρύ όσο και ελαφρύ. βενζίνη και όλα τα καύσιμα κινητήρων.

Εκτός από τους τύπους καυσίμων για αντιδραστήρες αεροσκαφών. απόβλητα καυσίμων και διάθεση αποβλήτων · τα προϊόντα διατροφής και τα συμπληρώματα διατροφής για τον άνθρωπο · χορτονομές και συμπληρώματα ζωοτροφών · οικοδομικά υλικά · πυραύλων και προωθητικών καυσίμων.

Ομοίως, η θερμιδική ισχύς προσδιορίστηκε με θερμιδομετρία σε θερμοδυναμικές μελέτες καυσίμων υλικών. στη μελέτη του ενεργειακού ισοζυγίου στην οικολογία. σε εκρηκτικές ύλες και θερμικές σκόνες και στη διδασκαλία βασικών θερμοδυναμικών μεθόδων.

Αναφορές

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Χημεία (8η έκδοση). CENGAGE Μάθηση.
2. González J., Cortés L. & Sánchez Α. (S.f.). Αδιαβατική θερμιδομετρία και εφαρμογές της. Ανάκτηση από: cenam.mx
3. Wikipedia. (2018). Θερμιδόμετρο. Ανακτήθηκε από: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 Ιουνίου 2018). Ορισμός θερμιδόμετρου στη χημεία. Ανακτήθηκε από: thoughtco.com
5. Gillespie, Claire. (11 Απριλίου 2018). Πώς λειτουργεί το θερμιδόμετρο; Sciencing. Ανακτήθηκε από: sciencing.com