У цій статті ми відповімо на питання: «Що таке калориметр?». Визначимо загальну характеристику даного механізму, його принцип роботи та області застосування, функціональні можливості та вимірювальні величини. А також приділимо увагу класифікації та опису деяких конкретних видів.

Введення

Відповідаючи на питання про те, що таке калориметр, в загальних рисах його можна охарактеризувати як прилад, за допомогою якого проводиться вимірювання кількості тепла, що виділяється або поглинається в ході протікання фізичних, хімічних або біологічних процесів.


Ввести нову термінологічну одиницю «калориметр» запропонували в 1780 році П. Лапласа і А. Лавуазьє. Подібний пристрій також використовується в ядерному розділі фізики, що вивчає елементарні частинки, а називається воно іонізаційним калориметром. Проте функція цього приладу полягає у вимірюванні енергетичного потенціалу частинок.

Сучасний механізм

Визначення теплоємності калориметром сучасного виробництва дозволяє зафіксувати досліджувану величину з точністю від десяти і до однієї сотої відсотка. Діапазон, в якому цей прилад може працювати, коливається від 01 до 3500 Кельвінів. Тип пристрої калориметрів дуже різноманітний. Він може визначатися характером процесу, який вивчають, а також його тривалістю. Ще одним важливим параметром визначення типу механізму є область температур, в яких відбуваються вимірювання, а також кількість вимірюваної величини теплоти. Визначення енергетичного еквівалента калориметром може показати суб'єкту кількість тіла, що виділяється в процесі згоряння паливного ресурсу. Зробити це можна завдяки виразом Q = C?T, в якому З – показник теплового (енергетичного) еквівалента. Задати параметри визначення шляхом калібрування приладу. Інша величина ?T – функція відомого вихідного сигналу калориметра.

Розподіл за типами

Не можна відповісти на питання про те, що таке калориметр, не ознайомившись з його типами. Одним з найбільш поширених представників таких апаратів є калориметр-інтегратор. Він призначається для визначення загальної суми кількості тепла Q, що виділяється на початку реакції та її кінці. Ще одним широко відомим калориметром є прилад для вимірювання потужності тепла, тобто швидкості, з якої виділяється тепло – L. А також вони можуть ділитися по конструкції механізму та вимірювальної методології підходу. Ще виділяють калориметри рідинного і масивного типу. Також зустрічаються одинарні і диференціальні пристрої.

Вимірювання теплоти

Що таке калориметр у фізиці? Визначення свідчить, що це прилад для вимірювання кількості виділеної теплоти. При цьому теплоту, що виділяється в процесі хімічної реакції, можна дізнатися тільки завдяки рідинному калориметру-інтегратору. Конструкція представлена у вигляді посудини, наповненого рідиною (як правило, водою). У ньому мають камеру для проведення експерименту («калориметрическую бомбу»), мішалку, термометр і прилад для нагрівання.

Вимірювання калориметричних систем

Внесення коректив у природний хід виділення тепла системи можна виявити при зміні будь-якого з її станів. Вони ж, у свою чергу, визначаються за допомогою аналізу величини теплоти, що вводиться у відповідний пристрій. Визначення сталої калориметра відбувається до початку проведення вимірювальних робіт і порівнюється із заданою і відкоригованої величиною. Прилади піддаються градуюванні, завдяки якій визначається коефіцієнт. Його необхідно перемножити з виміряним термометром зміною температури приладу.

Наявність побічних ефектів

За фактом калориметричні дані показують безпосередньо тільки сумарна кількість теплот, що досліджуються в процесі. Ще можна дізнатися на наявність побічного процесу (або процесів), який міг викликати явище перемішування, випаровування рідини, а також розбивання ампули з речовинами і т. п. Визначення константи калориметра дозволяє людині отримати доступ до порівняння змін показників на тлі чого-небудь. Саме з його допомогою відбувається аналіз інформації. Теплота побічної ряду процесів визначатися повинна за допомогою досвіду чи розрахунку, исключающегося з результатів досліджень. Прикладом побічного явища може послужити неминучий теплообмін між калориметром і навколишнім простором і матерією.

Ізотермічні спостереження

Існує калориметр-інтегратор ізотермічного типу, що дозволяє вводити зміни в агрегатні стани тіл, які утворюють основну частину системи. Прикладом може послужити танення маси льоду в крижаній камері калориметра Бунзена. Дізнатися зміна теплоти, яке впливає на агрегатний стан, але не викликає зміни температури, можна, якщо розрахувати масу речовини і кількість теплоти, що для цього потрібно було б затратити. Для визначення питомої теплоємкості калориметра необхідно знати, що вона є чисельно дорівнює кількості теплоти, яка витрачається для нагрівання одиниці маси матерії. Її одиницею є Дж/кг?К. Важливо пам'ятати, що показник питомої теплоємності – це неоднозначна характеристика. Існує залежність між умовами здійснення теплопередачі та змістом роботи, яка супроводжує цей процес.

Масивний тип

Для визначення значення ентальпії речовини в умовах температури до 2500 градусів за Цельсієм використовують масивні інтегратори. Маса калориметра такого типу може змінюватись в залежності від величини ваги вимірюваної речовини, так як конструкція складається з металів. Фактично це блок з деякою кількістю виїмок для судин. В них протікають реакції, призначені для нагрівального приладу та/або термометра. Твір значення тепла, виміряного калориметром, і різниці температурних підйомів в блоці показує нам ентальпію речовин(а).

Потік

Можна визначити показник теплоємності якого-небудь газу або рідини з допомогою проточного лабіринтового калориметра. Він фіксує різницю температури, яка входить і виходить із стаціонарних потоків досліджуваного речовини. Також він визначає потужність такого потоку і силу теплоти, яка виділяється електрообігрівачем, в джоулях.

Засіб для вимірювання потужності

Відповідаючи на питання про те, що таке калориметр, важливо буде згадати про призначення цього приладу для визначення потужності. Такий апарат, на відміну від інтегратора, повинен бути наділений значною здатністю до теплообміну. Це необхідно для того, щоб він зміг видаляти то кількість теплоти, яке в нього вводять. З цього випливає, що стан калориметра знаходиться в миттєвому вимірі. Теплову величину потужності процесу знаходять за допомогою калориметрів з оболонкою. Винахід було зроблено вченим-фізиком Франції, Е. Кальве. Спочатку механізм був представлений у вигляді металевого блоку, оснащеного каналами. На них розклали спеціальні циліндричні комірки, призначені для проведення досліджуваного процесу. Метал, який використовують в конструкції камери, є оболонкою. Її температуру слід тримати на постійній позначці з точністю до п'яти-шести Кельвінів. Вимір різниці між температурою клітинки і блоку відбувається за допомогою термобатареї, що має до тисячі спайок. Показники її ЕРС і теплообміну осередку є величинами, пропорційними малому різниці в температурі, що виникла між такими компонентами, як блок і комірка. При цьому в самій комірці повинна виділятися або поглинатися теплота. Дуже часто в таких блоках мають кілька осередків, які будуть працювати диференційно.

Назва і класифікація

Звичайними назвами калориметрів є:

для хімічних реакцій;

бомбовий;

ізотермічного типу;

низькотемпературного типу;

крижаного типу.

Всі вони мають дані про історичне походження. Своєю назвою вони, як правило, зобов'язані, області, в якій їх будуть використовувати. Однак ці найменування не відносяться до порівняльної або повною характеристикою. Загальний вид класифікації калориметрів будується, використовуючи в якості основи, розгляд однієї з трьох головних величин, окремо або разом. Саме підхід до аналізу показників визначає методику вимірювань температури, якою володіє:

калориметрическая система Тз;

оболонка;

кількість виділилася теплоти L протягом одиниці часу (теплова потужність).

Калориметри, з постійним значенням Тз і Те, відносяться до изотермическому типу, а прилади, у яких Тз=Те, називають адиабатическими. Якщо пристрій працює в умовах з постійною різницею між температурами, то його називають калориметром з постійним плином теплообміну. Ізопериболічний механізм має постійної, а Тз – це теплова функція потужності L.

Остаточні результати

Існує ряд факторів, здатних вплинути на кінцевий результат вимірювань. Одним з них є наявність внесення змін, що впливає на їх остаточний результат. Воно обумовлено надійністю роботи автоматичного набору регуляторів температури ізотермічної або адіабатичної оболонки. В останній з них температурна величина визначається її близькістю до мінливих умов всій калориметричної системи. Така конструкція володіє легкістю металевої ширми і обладнана приладом для нагрівання, який зменшує протікання і значення теплообміну до певного рівня, при якому температура калориметра буде змінюватися лише на десяткові частини градуси в хвилину. Це може дозволити знизити теплообмін, що протікає протягом калориметричного експерименту, до гранично низьких значень, якими можна знехтувати. Розглянуті в статті прилади відіграють величезну роль в житті людини і є одним з дуже важливих досягнень науки. Головна функція калориметра полягає у дослідженні даних зміни температури і визначенні наявності дефектів у процесі теплообміну. Існують різні способи класифікації даних приладів, пов'язані з конкретними параметрами, різко розрізняються між собою. Матеріалом для виготовлення можуть служити найрізноманітніші метали, наприклад, є мідні калориметри, свинцеві, сталеві та інші. Крім чистих речовин, також можуть використовуватися і сплави.