Википедия

Калориметр: различия между версиями

Интерактивная навигация по истории
(Показать все непатрулированные изменения)
[непроверенная версия][отпатрулированная версия]
← Предыдущая правкаСледующая правка →
Содержимое удалено Содержимое добавлено
ВизуальныйВики-текст
мНет описания правки
Строка 2:
{{Нет ссылок|дата=13 мая 2011}}
[[Файл:Ice-calorimeter.jpg|thumb|right|Калориметр Лавуазье и Лапласа]]
'''Калори́метр''' (от {{lang-la|calor}}  — тепло и ''metor'' - — измерять)  — прибор для измерения количества [[теплота|теплоты]], выделяющейся или поглощающейся в каком-либо физическом, химическом или биологическом процессе. Термин «калориметр» был предложен [[Лавуазье, Антуан Лоран|А. Лавуазье]] и [[Лаплас, Пьер Симон|П. Лапласом]] ([[1780]]).
 
В [[физика элементарных частиц|физике элементарных частиц]] и [[ядерная физика|ядерной физике]] используется [[ионизационный калориметр]]  — прибор для измерения энергии частиц.
 
== Современные калориметры ==
Современные калориметры работают в диапазоне [[температура|температур]] от 0,1 до 3500 [[Кельвин|К]] и позволяют измерять количество теплоты с точностью до 0,01-10  %. Устройство калориметров весьма разнообразно и определяется характером и продолжительностью изучаемого процесса, областью температур, при которых производятся измерения, количеством измеряемой теплоты и требуемой точностью.
 
== Типы калориметров ==
Калориметр, предназначенный для измерения суммарного количества теплоты ''Q'', выделяющейся в процессе от его начала до завершения, называют ''калориметр-интегратор''
 
Калориметр для измерения тепловой [[мощность|мощности]] (скорости тепловыделения) ''L'' и её изменения на разных стадиях процесса  — ''измерителем мощности'' или ''калориметр-осциллографом''. По конструкции калориметрической системы и методу измерения различают жидкостные и массивные калориметры, одинарные и двойные (дифференциальные).
 
=== Жидкостный калориметр-интегратор ===
Строка 20:
 
==== Калориметрические измерения ====
Изменение состояния (например, температуры) калориметрической системы позволяет измерить количество теплоты, введённое в калориметр. Нагрев калориметрической системы фиксируется [[термометр]]ом. Перед проведением измерений калориметр [[градуировка|градуируют]]  — определяют изменение температуры калориметрической системы при сообщении ей известного количества теплоты (нагревателем калориметра или в результате проведения в камере химической реакции с известным количеством стандартного вещества). В результате градуировки получают тепловое значение калориметра, то есть [[коэффициент]], на который следует умножить измеренное термометром изменение температуры калориметра для определения количества введённой в него теплоты. Тепловое значение такого калориметра представляет собой [[теплоёмкость]] (с) калориметрической системы. Определение неизвестной теплоты сгорания или другой химической реакции ''Q'' сводится к измерению изменения температуры Δ''t'' калориметрической системы, вызванного исследуемым процессом: ''Q=c''Δ''t''. Обычно значение ''Q'' относят к массе вещества, находящегося в камере калориметра.
 
==== Побочные процессы в калориметрических измерениях ====
Калориметрические измерения позволяют непосредственно определить лишь сумму теплот исследуемого процесса и различных побочных процессов, таких как перемешивание, испарение воды, разбивание ампулы с веществом и  т.  п. Теплота побочных процессов должна быть определена опытным путём или расчётом и исключена из окончательного результата. Одним из неизбежных побочных процессов является [[теплообмен]] калориметра с окружающей средой посредством [[излучение|излучения]] и [[теплопроводность|теплопроводности]]. В целях учёта побочных процессов и прежде всего теплообмена калориметрическую систему окружают оболочкой, температуру которой регулируют.
 
=== Изотермический калориметр-интегратор ===
В калориметре-интеграторе другого вида  — изотермическом (постоянной температуры) введённая теплота не изменяет температуры калориметрической системы, а вызывает изменение [[агрегатные состояния|агрегатного состояния]] тела, составляющего часть этой системы (например, таяние льда в ледяном калориметре [[Бунзен, Роберт Вильгельм|Бунзена]]). Количество введённой теплоты рассчитывается в этом случае по массе вещества, изменившего агрегатное состояние (например, массе растаявшего льда, которую можно измерить по изменению объёма смеси льда и воды), и [[теплота фазового перехода|теплоте фазового перехода]].
 
=== Массивный калориметр-интегратор ===
Массивный калориметр-интегратор чаще всего применяют для определения [[энтальпия|энтальпии]] веществ при высоких температурах (до 2500  °C). Калориметрическая система у калориметров этого типа представляет собой блок из металла (обычно из [[медь|меди]] или [[алюминий|алюминия]]) с выемками для сосуда, в котором происходит реакция, для термометра и нагревателя. Энтальпию вещества рассчитывают как произведение теплового значения калориметра на разность подъёмов температуры блока, измеряемых после сбрасывания в его гнездо ампулы с определённым количеством вещества, а затем пустой ампулы, нагретой до той же температуры.
 
=== Проточные лабиринтные калориметры ===
[[Теплоёмкость]] газов, а иногда и жидкостей, определяют в т.  н. проточных лабиринтных калориметрах  — по разности температур на входе и выходе стационарного потока жидкости или газа, мощности этого потока и джоулевой теплоте, выделенной электрическим нагревателем калориметра.
 
=== Калориметр  — измеритель мощности ===
Калориметр, работающий, как измеритель мощности, в противоположность калориметру-интегратору должен обладать значительным теплообменом, чтобы вводимые в него количества теплоты быстро удалялись и состояние калориметра определялось мгновенным значением мощности теплового процесса. Тепловая мощность процесса находится из теплообмена калориметра с оболочкой. Такие калориметры, разработанные французским физиком [[Кальве|Э.Кальве]], представляют собой металлический блок с каналами, в которые помещают цилиндрические ячейки. В ячейке проводится исследуемый процесс; металлический блок играет роль оболочки (температура его поддерживается постоянной с точностью до 10<sup>−5</sup>—10<sup>−6</sup> К). Разность температур ячейки и блока измеряется термобатареей, имеющей до 1000 спаев. Теплообмен ячейки и [[Электродвижущая сила|ЭДС]] термобатареи пропорциональны малой разности температур, возникающей между блоком и ячейкой, когда в ней выделяется или поглощается теплота. В блок помещают чаще всего две ячейки, работающие как дифференциальный калориметр: термобатареи каждой ячейки имеют одинаковое число спаев и поэтому разность их ЭДС позволяет непосредственно определить разность мощности потоков теплоты, поступающей в ячейки. Этот метод измерений позволяет исключить искажения измеряемой величины случайными колебаниями температуры блока. На каждой ячейке монтируют обычно две термобатареи: одна позволяет скомпенсировать тепловую мощность исследуемого процесса на основе [[эффект Пельтье|эффекта Пельтье]], а другая (индикаторная) служит для измерения нескомпенсированной части теплового потока. В этом случае прибор работает как дифференциальный компенсационный калориметр При комнатной температуре такими калориметрами измеряют тепловую мощность процессов с точностью до 1 мкВт.
 
== Названия калориметров ==
Обычные названия калориметров  — «для химической реакции», «бомбовый», «изотермический», «ледяной», «низкотемпературный»  — имеют историческое происхождение и указывают главным образом на способ и область использования калориметров, не являясь ни полной, ни сравнительной их характеристикой.
 
== Общая классификация калориметров ==
Общую классификацию калориметров можно построить на основе рассмотрения трёх главных переменных, определяющих методику измерений: температуры калориметрической системы ''T<sub>c</sub>''; температуры оболочки ''T<sub>o</sub>'', окружающей калориметрическую систему; количества теплоты ''L'', выделяемой в калориметре в единицу времени (тепловой мощности).
 
Калориметры с постоянными ''T<sub>c</sub>'' и ''T<sub>o</sub>'' называют изотермическим; с ''T<sub>c</sub>'' = ''T<sub>o</sub>''  — адиабатическим; калориметр, работающий при постоянной разности температур ''T<sub>c</sub>''  — ''T<sub>o</sub>'', называют калориметром с постоянным теплообменом; у изопериболического калориметра (его ещё называют калориметром с изотермической оболочкой) постоянна ''T<sub>o</sub>'', а ''T<sub>c</sub>'' является функцией тепловой мощности ''L''.
 
== Факторы, влияющие на окончательный результат измерений ==
Важным фактором, влияющим на окончательный результат измерений, является надёжная работа автоматических регуляторов температуры изотермических или адиабатических оболочек. В адиабатическом калориметре температура оболочки регулируется так, чтобы она была всегда близка к меняющейся температуре калориметрической системы. Адиабатическая оболочка  — лёгкая металлическая ширма, снабженная нагревателем,  — уменьшает теплообмен настолько, что температура калориметра меняется лишь на несколько десятитысячных град/мин. Часто это позволяет снизить теплообмен за время калориметрического опыта до незначительной величины, которой можно пренебречь. В случае необходимости в результаты непосредственных измерений вводится поправка на теплообмен, метод расчёта которой основан на [[закон теплообмена Ньютона|законе теплообмена Ньютона]]  — пропорциональности теплового потока между калориметром и оболочкой разности их температур, если эта разность невелика (до 3—4&nbsp; °C).
 
Для калориметра с изотермической оболочкой теплоты химической реакции могут быть определены с погрешностью до 0,01  %. Если размеры калориметра малы, температура его изменяется более чем на 2—3&nbsp; °C и исследуемый процесс продолжителен, то при изотермической оболочке поправка на теплообмен может составить 15—20  % от измеряемой величины и существенно ограничить точность измерений. В этих случаях целесообразнее применять адиабатическую оболочку.
 
При помощи адиабатического калориметра определяют теплоёмкость твёрдых и жидких веществ в области от 0,1 до 1000 К. При комнатных и более низких температурах адиабатический калориметр, защищённый вакуумной рубашкой, погружают в [[сосуд Дьюара]], заполненный жидким [[гелий|гелием]], [[водород]]ом или [[азот]]ом. При повышенных температурах (выше 100&nbsp; °C) калориметр помещают в термостатированную электрическую печь.
 
== См. также ==
Строка 56:
 
== Ссылки ==
* {{commonscat-inline|Calorimeters}}
 
{{Химическая лаборатория}}
Источник — https://ru.wikipedia.org/wiki/Калориметр