Calorimetre moderne
Calorimetrele moderne funcționează în intervalul de temperatură de la 0,1 la 3500 K și permit măsurarea cantității de căldură cu o precizie de 0,01-10%. Aranjamentul calorimetrelor este foarte divers și este determinat de natura și durata procesului studiat, de intervalul de temperatură la care sunt efectuate măsurătorile, cantitatea de căldură măsurată și precizia cerută.
Tipuri de calorimetre
Un calorimetru conceput pentru a măsura cantitatea totală de căldură Q. eliberată în timpul procesului de la început până la finalizare, se numește un calorimetru de integrare; Calorimetru pentru măsurarea puterii de căldură (rata de disipare a căldurii) L și modificările sale în diferite etape ale procesului - un contor de energie sau un calorimetru-oscilograf. Proiectarea sistemului calorimetric și metoda de măsurare disting între calorimetre lichide și masive, simple și duble (diferențiale).
Calorimetru lichid-integrator
Un calorimetru lichid-integrator de temperatură variabilă cu o acoperire izotermică este utilizat pentru a măsura căldura de dizolvare și încălzirea reacțiilor chimice. Se compune dintr-un recipient cu un lichid (de obicei apa), care sunt: camera pentru desfășurarea procesului de testare ( „bomba calorimetrului“), agitator, încălzire independentă și termometru. Căldura eliberată în cameră este apoi distribuită între camera, lichidul și alte părți ale calorimetrului, a căror totalitate se numește sistemul calorimetric al instrumentului.
Temperatura izotermică lichidă a carcasei este menținută constantă pentru calorimetre lichide. Atunci când se determină căldura unei reacții chimice, cele mai mari dificultăți sunt deseori asociate nu cu luarea în considerare a proceselor laterale, ci cu determinarea completitudinii reacției și a necesității de a lua în considerare mai multe reacții.
Măsurători calorimetrice
Modificarea stării (de exemplu, temperatura) a sistemului calorimetric face posibilă măsurarea cantității de căldură introdusă în calorimetru. Încălzirea sistemului calorimetric este fixată de un termometru. Înaintea măsurătorilor este calibrat calorimetrului - determină variația temperaturii sistemului calorimetrului prin conferirea o anumită cantitate de căldură (sau a încălzitorului calorimetrului ca rezultat al camerei de reacție chimică cu o cantitate cunoscută de substanță etalon). Ca urmare a calibrării, se obține valoarea calorimetrului, adică coeficientul. care trebuie să fie înmulțită cu schimbarea temperaturii măsurată în termometru în calorimetru pentru a determina cantitatea de căldură introdusă în acesta. Valoarea termică a unui astfel de calorimetru este capacitatea de căldură (c) a sistemului calorimetric. Determinarea căldurii de ardere necunoscută sau a altei reacții chimice Q se reduce la măsurarea schimbării temperaturii Δt a sistemului calorimetric cauzată de procesul studiat: Q = c Δt. De obicei, valoarea lui Q se referă la masa substanței în camera calorimetrului.
Procese adverse în măsurătorile calorimetrice
măsurare calorimetrică permit să se determine în mod direct numai cantitatea de căldură a procesului de testare și diferite procese secundare, cum ar fi agitarea, evaporarea apei, spargerea fiolei cu materialul și așa mai departe. N. Căldura reacțiilor secundare trebuie determinate prin experiment sau calcul și excluse din rezultatul final. Unul dintre procesele adverse inevitabile este schimbul de căldură al calorimetrului cu mediul prin radiație și conductivitatea termică. Pentru a ține seama de procesele laterale și, în primul rând, de schimbul de căldură, sistemul calorimetric este înconjurat de o cochilie a cărei temperatură este reglată.
Calorimetru-integrator izotermic
Integratorul tip calorimetru altele - o izoterma (temperatură constantă) introdusă deasupra căldurii nu schimbă temperatura sistemului calorimetric, și determină o schimbare în starea de agregare a corpului, care formează o parte a sistemului (de exemplu, topirea gheții în gheață Bunsen calorimetrului). Numărul de căldură introdusă este calculată în acest caz, în greutate, o substanță care schimbă starea de agregare (de exemplu, greutatea de gheață topită, care poate fi măsurată printr-o schimbare de amestec volum de gheață și apă), iar căldura unei faze de tranziție.
Calorimetru integrator masiv
integrator calorimetru masiv este cel mai des folosit pentru a determina entalpia substanțelor la temperaturi ridicate (2500 ° C). Sistemul calorimetru în acest tip de calorimetru este un bloc metalic (de obicei din cupru sau aluminiu) cu degajări pentru vasul în care are loc reacția, termometru și încălzire. Entalpia substanței este calculată ca produsul valorilor termice de temperatura UPS bloc diferență calorimetru, măsurată după scăderea fiolă socket cu o anumită cantitate de substanță, și apoi fiola goală, încălzit la aceeași temperatură.
Flowing Labyrinth Calorimeters
Capacitatea de căldură a gazelor, și uneori lichide, este determinată în așa-numitele. calorimetre labirint flux - a diferenței de temperatură la intrarea și ieșirea fluxului de fluid sau flux de gaz staționare, și puterea căldurii Joule, un încălzitor electric calorimetru dedicat.
Calorimetru - contor de energie
Calorimetrului a fost operat ca un contor de energie, în integrator calorimetrului contrast trebuie să aibă un transfer semnificativ de căldură la intrarea acestuia cantitatea de căldură îndepărtată rapid și starea calorimetrului determinată de valoarea puterii instantanee a procesului termic. Alimentarea cu energie termică proces este transferul de căldură de la calorimetrului cu coajă. Astfel de calorimetre, dezvoltate de fizicianul francez E. Calve. reprezintă un bloc de metal cu canale, care sunt plasate în celulă cilindrică. In celula, procesul în studiu este realizat; bloc de metal joacă rolul învelișului (temperatura este menținută constantă, cu o precizie de 10 -5 -10 -6 K). Diferența de temperatură măsurată de către unitatea de celule și termopil având 1000 intersecții. celulă de schimb de căldură și de diferența de temperatură termofilă CEM proporțională mică apare între bloc și celula, atunci când căldura eliberată sau absorbită. Blocul este plasat în principal două celule care funcționează ca un calorimetru diferențial: termopil fiecare celulă au același număr de intersecții și, prin urmare, diferența lor CEM permite determinarea în mod direct diferența în fluxurile de capacitate de căldură care intră în celulă. Această metodă evită măsurătorile de distorsiune măsurate fluctuații aleatorii bloc de temperatură. Două termobaterite sunt montate, de regulă, pe fiecare celulă: una permite compensarea puterii termice a procesului în studiu bazat pe efectul Peltier. iar celălalt (indicator) este utilizat pentru a măsura o parte necompensată a fluxului de căldură. În acest caz, aparatul funcționează ca o compensare calorimetru diferențială La temperatura camerei, astfel calorimetre măsurate proces energie termică, până la 1 mW.
Numele calorimetrelor
Numele comune calorimetre - „reacție chimică“, „bombardare“, „izoterme“, „de gheață“, „temperatură joasă“ - au origine istorică și indică în principal la o metodă și domeniul de utilizare calorimetre nu sunt nici complete, nici comparativ caracteristica lor.
Clasificarea generală a calorimetrelor
O clasificare generală a calorimetrelor poate fi construită pe baza luării în considerare a celor trei variabile principale care determină tehnica de măsurare: temperatura sistemului calorimetric Tc; temperatura de coajă până la. care înconjoară sistemul calorimetric; cantitatea de căldură L. emisă în calorimetru pe unitate de timp (putere termică).
Calorimetre cu constante Tc și To sunt numite izoterme; cu Tc = To - adiabatic; calorimetru care funcționează la o diferență constantă de temperatură Tc - To. se numește un calorimetru cu schimb de căldură constant; într - un calorimetru isoperibolic (se numește și un calorimetru cu o cochilă izotermă) este constantă. și Tc este o funcție a puterii termice L.
Factorii care afectează rezultatul final al măsurătorilor
Un factor important care afectează rezultatul final al măsurătorilor este de lucru sigură de reglare automată a temperaturii izoterme sau proiectilelor adiabatic. In temperatura calorimetrului shell adiabatic este reglată astfel încât să fie mereu aproape de temperatura de schimbare a unui sistem calorimetru. shell adiabatic - ecran metalic ușor, prevăzut cu un sistem de încălzire, - reduce schimbul de căldură, astfel încât temperatura calorimetrului variază în doar câteva zeci de miimi dg / min. de multe ori se reduce transferul de căldură în timpul experimentului calorimetrică la o valoare nesemnificativă, care pot fi neglijate. Dacă este necesar, rezultatele măsurărilor directe sunt corectate pentru schimbul de căldură, metoda de calcul care se bazează pe legea lui Newton de transfer termic - fluxul de căldură de proporționalitate între calorimetrul și diferența incintei de temperaturile lor, în cazul în care diferența este mică (până la 3-4 ° C).
Pentru calorimetru izotermă, cu un înveliș de căldură reacției chimice poate fi determinată cu o precizie de până la 0,01%. Dacă dimensiunile calorimetrice mici, temperatura variază mai mult de 2-3 ° C, iar procesul de monitorizare este lung, atunci corecția plic izotermice pentru schimbul de căldură poate ajunge la 15-20% din valoarea măsurată și limita drastic precizia măsurătorilor. În aceste cazuri, este mai indicat să se utilizeze un shell adiabatic.
Cu calorimetru adiabatic se determină în intervalul 0.1 - 1000 K. Căldura specifică de materiale solide și lichide la temperatura camerei și la temperaturi scăzute calorimetrului adiabatic vid protejat cu manta cufundat în Dewar. umplute cu heliu lichid. hidrogen sau azot. La temperaturi ridicate (peste 100 ° C) a fost plasată într-un cuptor electric calorimetru termostatic.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: