Kalorimeter

Kalorimetriske målinger gør det muligt direkte kun at bestemme summen af ​​varmen i den undersøgte proces og forskellige sideprocesser, såsom blanding, vandfordampning, brydning af en ampul med et stof osv. Varmen fra sideprocesser skal bestemmes empirisk eller ved beregning og udelukket fra det endelige resultat. En af de uundgåelige sideprocesser er varmeudvekslingen af ​​kalorimeteret med omgivelserne gennem stråling og varmeledning . For at tage hensyn til sideprocesser og frem for alt varmeoverførsel er det kalorimetriske system omgivet af en skal, hvis temperatur styres.

Isotermisk kalorimeter-integrator

I en kalorimeter-integrator af en anden type - isotermisk (konstant temperatur), ændrer den indførte varme ikke temperaturen i det kalorimetriske system, men forårsager en ændring i kroppens aggregeringstilstand , der er en del af dette system (f. smeltningen af ​​is i Bunsen -iskalorimeteret ). Mængden af ​​indført varme beregnes i dette tilfælde af massen af ​​stoffet, der ændrede aggregeringstilstanden (for eksempel massen af ​​smeltet is, som kan måles ved ændringen i volumen af ​​blandingen af ​​is og vand) og faseovergangsvarmen .

Massiv kalorimeter-integrator

En massiv kalorimeter-integrator bruges oftest til at bestemme entalpien af ​​stoffer ved høje temperaturer (op til 2500 °C). Det kalorimetriske system af denne type kalorimeter er en blok af metal (normalt kobber eller aluminium ) med fordybninger til beholderen, hvori reaktionen finder sted, til termometer og varmelegeme. Et stofs entalpi beregnes som produktet af kalorimeterets termiske værdi og forskellen i blokkens temperaturstigninger, målt efter at have tabt en ampul med en vis mængde stof i sin rede, og derefter en tom ampul opvarmet til samme temperatur.

Flow labyrint kalorimetre

Varmekapaciteten af ​​gasser, og nogle gange væsker, bestemmes i den såkaldte. flow labyrint-kalorimetre - i henhold til temperaturforskellen ved ind- og udløbet af en stationær strøm af væske eller gas, kraften af ​​denne strøm og Joule-varmen frigivet af kalorimeterets elektriske varmelegeme.

Kalorimeter - effektmåler

Et kalorimeter, der fungerer som en effektmåler, skal, i modsætning til et integratorkalorimeter, have en betydelig varmeudveksling, således at de mængder varme, der indføres i det, hurtigt fjernes, og kalorimeterets tilstand bestemmes af den øjeblikkelige værdi af effekten af termisk proces. Den termiske kraft af processen findes fra varmevekslingen mellem kalorimeteret og kappen. Sådanne kalorimetre, udviklet af den franske fysiker E. Calvet , er en metalblok med kanaler, hvori cylindriske celler er placeret. Processen under undersøgelse udføres i cellen; metalblokken spiller rollen som en skal (dens temperatur holdes konstant med en nøjagtighed på 10–5–10–6 K ) . Temperaturforskellen mellem cellen og blokken måles af en termopæl med op til 1000 junctions. Cellens varmeoverførsel og termopælens EMF er proportional med den lille temperaturforskel, der opstår mellem blokken og cellen, når varme frigives eller absorberes i den. Oftest er to celler placeret i blokken, som fungerer som et differentialkalorimeter: termopælene i hver celle har det samme antal kryds, og derfor giver forskellen i deres EMF dig mulighed for direkte at bestemme forskellen i varmens kraft flux der kommer ind i cellerne. Denne målemetode gør det muligt at eliminere forvrængning af den målte værdi ved tilfældige udsving i bloktemperaturen. To termopæle er normalt monteret på hver celle: den ene gør det muligt at kompensere den termiske effekt af den proces, der undersøges, baseret på Peltier-effekten , og den anden (indikator) tjener til at måle den ukompenserede del af varmefluxen. I dette tilfælde fungerer enheden som et differentialkompensationskalorimeter.Ved stuetemperatur måler sådanne kalorimetre den termiske effekt af processer med en nøjagtighed på 1 μW.

Navne på kalorimetre

De sædvanlige navne for kalorimetre - "til en kemisk reaktion", "bombe", "isotermisk", "is", "lav temperatur" - er af historisk oprindelse og angiver hovedsageligt metoden og området for brug af kalorimetre, der hverken er et fuldstændigt eller komparativt kendetegn ved dem.

Generel klassificering af kalorimetre

En generel klassificering af kalorimetre kan bygges ud fra overvejelser om tre hovedvariable, der bestemmer måleteknikken: temperatur af det kalorimetriske system T c ; skaltemperatur To omkring det kalorimetriske system; mængden af ​​varme L , der frigives i kalorimeteret pr. tidsenhed (termisk effekt).

Kalorimetre med konstant T c og T o kaldes isotermiske; med Tc = To - adiabatisk  ; et kalorimeter, der arbejder ved en konstant temperaturforskel T c  - T o kaldes et kalorimeter med konstant varmeudveksling; et isoperibol-kalorimeter (også kaldet et isotermisk skal-kalorimeter) har en konstant To , og T c er en funktion af den termiske effekt L .

Faktorer, der påvirker det endelige måleresultat

En vigtig faktor, der påvirker det endelige måleresultat, er den pålidelige drift af automatiske temperaturregulatorer til isotermiske eller adiabatiske skaller. I et adiabatisk kalorimeter styres skaltemperaturen, så den altid er tæt på den skiftende temperatur i det kalorimetriske system. Den adiabatiske skal, en letmetalskærm udstyret med varmelegeme, reducerer varmeoverførslen i en sådan grad, at kalorimeterets temperatur kun ændres med nogle få titusindedele grad/min. Ofte gør dette det muligt at reducere varmeudvekslingen under det kalorimetriske forsøg til en ubetydelig værdi, som kan negligeres. Om nødvendigt indføres en korrektion for varmeoverførsel i resultaterne af direkte målinger, hvis beregningsmetode er baseret på Newtons varmeoverførselslov  - proportionaliteten af ​​varmestrømmen mellem kalorimeteret og skallen til forskellen i deres temperaturer, hvis denne forskel er lille (op til 3-4 °C).

For et kalorimeter med en isotermisk skal kan varmen fra en kemisk reaktion bestemmes med en fejl på op til 0,01%. Hvis kalorimeterets dimensioner er små, dets temperatur ændres med mere end 2-3 °C, og processen under undersøgelse er lang, så med en isotermisk skal, kan korrektionen for varmeoverførsel være 15-20% af den målte værdi og begrænser målenøjagtigheden væsentligt. I disse tilfælde er det mere hensigtsmæssigt at anvende en adiabatisk skal.

Ved hjælp af et adiabatisk kalorimeter bestemmes varmekapaciteten af ​​faste og flydende stoffer i området fra 0,1 til 1000 K. Ved stuetemperatur og lavere temperaturer nedsænkes et adiabatisk kalorimeter beskyttet af en vakuumkappe i en Dewar-beholder fyldt med flydende helium , brint eller nitrogen . Ved forhøjede temperaturer (over 100 °C) placeres kalorimeteret i en termostatstyret elektrisk ovn.

Se også

• Ioniseringskalorimeter
• Kalorimetri

Links

1. ↑ Cherednichenko L.K. Fysiologisk kalorimetri. - M. - L . : Nauka, 1965. - S. 135.
2. ↑ Almyashev V.I., Vasilevskaya A.K., Kirillova S.A., Krasilin A.A., Proskurina O.V. Kompleks termisk analyse. - Sankt Petersborg. : Lema, 2017. - S. 194.
3. ↑ Hemminger W., Höhne G. Calorimetry. Teori og praksis. - M .: Chemistry, 1984. - S. 176. - ISBN 5-7245-0359-X .
4. ↑ Popov M.M. Termometri og kalorimetri. - M. : MGU, 1954. - S. 943.
5. ↑ Reznitsky L.A. Faststofkalorimetri (strukturelle, magnetiske, elektroniske transformationer). - M. : MGU, 1981. - S. 184.

• Wikimedia Commons har medier relateret til Calorimeter