Kaloriméter, amely bármilyen fizikai, kémiai vagy biológiai folyamat során felszabadult vagy elnyelt hőmennyiség mérésére szolgál.

való

A modern kaloriméterek 0,1 és 3500 Kelvin közötti hőmérséklet-tartományban működnek, és lehetővé teszik a hőmennyiség 0,01-10% pontossággal történő mérését. A kaloriméterek elrendezése nagyon változatos, és ezt a vizsgált folyamat jellege és időtartama, a mérések hőmérsékleti tartománya, a mért hőmennyiség és a szükséges pontosság határozza meg.

A termodinamikában a kalorimétereket használják a termodinamikai folyamat entalpiajának mérésére.

Kaloriméterek és napenergia

A kaloriméterek egyik alkalmazása a napenergia területén megtalálható a napenergia-hőenergia rendszerekben. Ezek az eszközök fontosak a fűtési rendszerek hőhatékonyságának kiszámításához és a használati melegvíz előállításához.

A kaloriméter egy fűtési rendszerben egy olyan berendezés, amelyet minden radiátorba beépítenek, és amely két hőmérsékletet mér: a radiátor felületének és a szobai környezetnek a hőmérsékletét, a fogyasztást ezen adatokkal kiszámítva, valamint a radiátor jellemzői és mérete alapján.

A kaloriméterek típusai

A kalorimétert, amelyet a folyamat során felszabaduló teljes hőmennyiség mérésére terveztek a kezdetétől a befejezéséig, integráló kaloriméternek nevezzük.

A kalorimétert a hőteljesítmény és annak változásainak mérésére használják a termodinamikai folyamat különböző szakaszaiban, teljesítménymérővel vagy kaloriméter-oszcilloszkóp segítségével. A kalorimetrikus rendszer kialakítása és a mérési módszer megkülönbözteti a folyékony és a masszív kalorimétereket, egy- és kettős (differenciál).

Folyékony integrátor kaloriméter

Izotermikus köpennyel ellátott, változó hőmérsékletű folyékony kaloriméter-integrátort használnak az oldat hőjének és a kémiai reakciók melegének, vagy a kémiai energia mérésére. Folyadékot (általában vizet) tartalmazó tartályból áll, amelyben van: egy kamra a vizsgált folyamat végrehajtására ("kalorimetrikus bomba"), keverőből, fűtőberendezésből és hőmérőből. A kamrába engedett hő ezután eloszlik a kamra, a folyadék és a kaloriméter többi része között, amelyek teljes egészét az eszköz kalorimetrikus rendszerének nevezzük.

Folyékony kaloriméterekben a héj izoterm hőmérsékletét állandó értéken tartják. A kémiai reakció hőjének meghatározásakor a legnagyobb nehézségek gyakran nem a másodlagos folyamatok figyelembevételével, hanem a reakció integritásának és számos reakció figyelembevételének szükségességével társulnak.

Kalorimetrikus mérések

A kalorimetrikus rendszer állapotának (például hőmérsékletének) változása lehetővé teszi a kaloriméterbe bevitt hőmennyiség mérését. A kalorimetrikus rendszer felmelegedését hőmérővel rögzítik. A mérések elvégzése előtt a kalorimétert kalibrálni kell: a kalorimetrikus rendszer hőmérséklet-változását akkor határozzák meg, amikor ismert hőmennyiséget közölnek vele (kaloriméteres fűtéssel vagy a kamrában kémiai reakció eredményeként ismert mennyiségű hőmennyiséggel). standard anyag).

A kalibrálás eredményeként megkapjuk a kaloriméter hőértékét, vagyis azt az együtthatót, amellyel a kaloriméter hőmérővel mért hőmérsékletének változását meg kell szorozni a belé vezetett hőmennyiség meghatározásához. Az ilyen kaloriméter hőértéke a kalorimetrikus rendszer hőkapacitása. Az ismeretlen fűtőérték vagy más kémiai termodinamikai reakció Q meghatározása a kalorimetriai rendszer hőmérséklet-változásának Δt mérésére szolgál, amelyet a vizsgált folyamat okoz: Q = c Δt. A Q-érték általában az anyag tömegére vonatkozik a kaloriméter-kamrában.

Másodlagos folyamatok a kalorimetrikus mérésekben

A kalorimetrikus mérések lehetővé teszik, hogy közvetlenül meghatározzuk csak a vizsgált folyamat és több olyan másodlagos folyamat hőmennyiségének összegét, mint a keverés, a víz elpárologtatása, az üveg és az anyag szakadása stb. A másodlagos folyamathőt empirikusan vagy számítással kell meghatározni, és ki kell zárni a végeredményből.

Az egyik elkerülhetetlen másodlagos termodinamikai folyamat a kaloriméter hőcseréje a környezettel sugárzás és hővezető képesség révén. A másodlagos folyamatok és mindenekelőtt a hőátadás figyelembevétele érdekében a kalorimetrikus rendszert egy héj veszi körül, amelynek hőmérsékletét szabályozzák.

Izoterm integráló kaloriméter

A termodinamika tanulmányozása során van egy másik típusú integráló kaloriméter: izotermikus (állandó hőmérséklet), a bejuttatott hő nem változtatja meg a kalorimetrikus rendszer hőmérsékletét, de változást okoz a test aggregációs állapotában, amely része ennek a rendszernek. (például a jég olvadása a Bunsen jég kaloriméterben).

A bejuttatott hő mennyiségét ebben az esetben az anyag tömege számítja ki, amely megváltoztatta az aggregáció állapotát (például az olvadt jég tömege, amely a jég és a víz keverékének térfogatának változásával mérhető) és a fázisátmenet hője.

Masszív integráló kaloriméter

Az anyagok entalpiájának magas hőmérsékleten (legfeljebb 2500 Celsius-fokig) történő meghatározásához leggyakrabban egy masszív integráló kalorimétert használnak. Az ilyen típusú kaloriméter kalorimetrikus rendszere egy fémtömb (általában réz vagy alumínium), lyukakkal ellátva a tartály számára, amelyben a reakció lejátszódik, a hőmérőnek és a fűtőberendezésnek.

Az anyag entalpiáját a kaloriméter hőértékének szorzataként kell kiszámítani a blokk hőmérséklet-emelkedésének különbségével, amelyet egy bizonyos mennyiségű anyagot tartalmazó fiolának a fészkében történő leejtése után mérnek, majd egy üres fiolát ugyanazon a hőmérsékleten.

Labirintus kaloriméter áramlás

A gázok, esetenként folyadékok hőkapacitását ún. áramlási labirintusos kaloriméterek: az állandó folyadék- vagy gázáram be- és kimeneténél jelentkező hőmérséklet-különbség szerint ennek az áramlásnak a teljesítménye és a kaloriméter elektromos fűtő által kibocsátott joule-ban mért hő.

Kaloriméter - teljesítménymérő

A teljesítménymérőként működő kaloriméternek, ellentétben az integráló kaloriméterrel, jelentős hőcserével kell rendelkeznie, hogy a belé vezetett hőmennyiségek gyorsan eltávoluljanak, és a kaloriméter állapotát a hőenergia pillanatnyi teljesítményértéke határozza meg. folyamat. A folyamat hőteljesítménye a kaloriméter és a héj közötti hőcserében található meg.

Ezek a kaloriméterek, amelyeket E. Calvet francia fizikus fejlesztett ki, egy olyan fémtömb, amelynek csatornái vannak, amelyekbe a hengeres cellák kerülnek. A cellában a vizsgált folyamatot hajtják végre; egy fémtömb játszik szerepet a héjban (hőmérsékletét állandó értéken tartják, 10–5 –10–6K pontossággal) .A cella és az egység közötti hőmérséklet-különbséget egy termopilussal mérjük, amelynek legfeljebb 1000 csomópontja van. A cella hőcseréje és a termopile EMF-je arányos azzal a kis hőmérséklet-különbséggel, amely az egység és a cella között akkor keletkezik, amikor a hő felszabadul vagy abszorbeálódik.

Leggyakrabban két cellát helyeznek el a blokkban, amelyek differenciál kaloriméterként funkcionálnak: az egyes cellák hőelemjei ugyanannyi csatlakozással rendelkeznek, és ezért az EMF-különbség lehetővé teszi, hogy közvetlenül meghatározza a hőáram teljesítményének különbségét belép a cellákba.

Ez a mérési módszer kiküszöböli a mért érték torzulását a blokkhőmérséklet véletlenszerű ingadozásai miatt. Általában két cellába két termikus elem van felszerelve: az egyik lehetővé teszi a vizsgált folyamat hőteljesítményének kompenzálását a Peltier-effektus alapján, a másik (indikátor) pedig a hőáram kompenzálatlan részének mérését szolgálja. Ebben az esetben a készülék differenciál kompenzációs kaloriméterként működik. Szobahőmérsékleten a kaloriméterek 1 μW pontossággal mérik a folyamatok hőteljesítményét.

Közzététel dátuma: 2019. szeptember 26
Utolsó áttekintés: 2019. szeptember 26