Ένα θερμιδόμετρο μπορεί να ακούγεται σαν ένα φανταχτερό κομμάτι επιστημονικού εξοπλισμού, αλλά στην πραγματικότητα είναι μια πολύ απλή συσκευή μέτρησης θερμότητας που μπορείτε να φτιάξετε στο σπίτι χρησιμοποιώντας δύο φλιτζάνια καφέ. Συχνά χρησιμοποιείται σε πειράματα επιστημονικών έργων, μετρά την ποσότητα θερμότητας που εμπλέκεται σε μια χημική ή φυσική διαδικασία, όπως μεταφορά θερμότητας ή συγκεκριμένη θερμότητα μιας ουσίας.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Η θερμοκρασία του υγρού αλλάζει όταν κερδίζει ή χάνει ενέργεια. Ένα θερμιδόμετρο μετρά τη μάζα του υγρού και τη μεταβολή της θερμοκρασίας του υγρού για να προσδιορίσει την ποσότητα ενέργειας που αποκτάται ή χάνεται από το υγρό.
Συστατικά ενός θερμιδόμετρου
Ένα θερμιδόμετρο έχει δύο αγγεία: ένα εξωτερικό δοχείο και ένα εσωτερικό δοχείο. Ο αέρας μεταξύ των δύο δοχείων δρα ως μονωτής θερμότητας, που σημαίνει ότι δεν υπάρχει (ή ελάχιστη) ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ του εσωτερικού δοχείου και του εξωτερικού περιβάλλοντος. Τα θερμόμετρα που χρησιμοποιούνται στα επιστημονικά εργαστήρια έχουν δακτύλιο ινών κατασκευασμένο από μονωτικό υλικό για να συγκρατεί το εσωτερικό δοχείο στο κέντρο του εξωτερικού δοχείου. Περιλαμβάνουν ένα θερμόμετρο για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του υγρού στο εσωτερικό δοχείο και έναν αναδευτήρα για ανάδευση του υγρού και διανομή θερμότητας σε όλο το δοχείο. Είναι εύκολο να φτιάξετε ένα θερμιδόμετρο στο σπίτι με κύπελλα πολυστυρολίου, ένα κάλυμμα, ένα θερμόμετρο και έναν αναδευτήρα. Ωστόσο, ένα θερμιδόμετρο "φλιτζάνι καφέ" επιτρέπει περισσότερη ανταλλαγή θερμότητας με το περιβάλλον του και παράγει λιγότερο ακριβή αποτελέσματα.
Μέτρηση μεταφοράς θερμότητας
Εάν μια εξώθερμη αντίδραση (μια χημική αντίδραση που απελευθερώνει ενέργεια από το φως ή τη θερμότητα) συμβαίνει σε ένα διάλυμα σε ένα θερμιδόμετρο, το διάλυμα χρησιμοποιεί θερμότητα, η οποία αυξάνει τη θερμοκρασία της. Εάν συμβεί ενδοθερμική αντίδραση (μια αντίδραση που απορροφά ενέργεια από το περιβάλλον της), το διάλυμα χάνει θερμότητα, η οποία μειώνει τη θερμοκρασία του. Η διαφορά θερμοκρασίας, μαζί με τη συγκεκριμένη θερμότητα και μάζα του διαλύματος, σας επιτρέπει να υπολογίσετε πόση θερμότητα χρησιμοποιεί η αντίδραση. Για παράδειγμα, εάν τοποθετήσετε ένα ζεστό κομμάτι χαλκού σε μια δροσερή ποσότητα νερού μέσα σε ένα θερμιδόμετρο, η θερμότητα θα ρέει από το χαλκό στο νερό. Η θερμοκρασία του χαλκού θα μειωθεί και η θερμοκρασία του νερού θα αυξηθεί έως ότου έχουν την ίδια θερμοκρασία (θερμική ισορροπία). Δεν κερδίζετε ούτε χάνετε θερμότητα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, επειδή το θερμιδόμετρο επιτρέπει τη μεταφορά θερμότητας μεταξύ των δύο ουσιών.
Μέτρηση ειδικής θερμότητας
Συγκεκριμένη θερμότητα είναι η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την αλλαγή θερμοκρασίας 1 βαθμού Κελσίου ανά γραμμάριο ουσίας και ποικίλλει μεταξύ των ουσιών. Για παράδειγμα, η ειδική θερμότητα του νερού είναι 1,00 θερμίδες / γραμμάριο βαθμούς Κελσίου. Για να προσδιορίσετε τη συγκεκριμένη θερμότητα ενός άγνωστου μετάλλου, τοποθετήστε ένα θερμαινόμενο κομμάτι του μετάλλου σε νερό στο εσωτερικό δοχείο του θερμιδόμετρου. Μόλις μετρήσετε την τελική θερμοκρασία τόσο του μετάλλου όσο και του νερού, όπως η υψηλότερη θερμοκρασία στο νερό, μπορείτε να υπολογίσετε τη συγκεκριμένη θερμότητα του μετάλλου. Πρώτα, πολλαπλασιάστε τη μάζα του νερού με τη συγκεκριμένη θερμότητα του νερού με τη μεταβολή της θερμοκρασίας του νερού, και στη συνέχεια πολλαπλασιάστε τη μάζα του μετάλλου με τη μεταβολή της θερμοκρασίας του μετάλλου. Διαιρέστε την πρώτη σας απάντηση με τη δεύτερη απάντηση για να προσδιορίσετε τη συγκεκριμένη θερμότητα του μετάλλου.