Kalorimetar može zvučati kao otmjeni znanstveni pribor, ali zapravo je vrlo jednostavan uređaj za mjerenje topline koji možete napraviti kod kuće pomoću dvije šalice kave. Često se koristi u eksperimentima u znanstvenim projektima, on mjeri količinu topline koja je uključena u kemijski ili fizički proces, poput prijenosa topline ili specifične topline tvari.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Temperatura tekućine mijenja se kad dobije ili izgubi energiju. Kalorimetar mjeri masu tekućine i temperaturnu promjenu tekućine kako bi odredio količinu energije koju je tekućina stekla ili izgubila.
Komponente kalorimetra
Kalorimetar ima dvije posude: vanjsku i unutarnju posudu. Zrak između dviju posuda djeluje kao toplinski izolator, što znači da ne postoji (ili je minimalna) izmjena topline između onoga što je unutar unutarnje posude i vanjske okoline. Kalorimetri koji se koriste u znanstvenim laboratorijima imaju vlaknasti prsten izrađen od izolacijskog materijala koji drži unutarnju posudu u središtu vanjske posude. Uključuju termometar za mjerenje temperature tekućine u unutarnjoj posudi i mješalicu za miješanje tekućine i raspodjelu topline kroz posudu. Lako je napraviti kalorimetar kod kuće s polistirenskim čašama, poklopcem, termometrom i mješalicom. Međutim, kalorimetar "šalice za kavu" omogućuje veću izmjenu topline sa okolinom i daje manje točne rezultate.
Mjerenje prijenosa topline
Ako se u otopini u kalorimetru dogodi egzotermna reakcija (kemijska reakcija koja oslobađa energiju svjetlošću ili toplinom), otopina koristi toplinu koja joj povisuje temperaturu. Ako se dogodi endotermna reakcija (reakcija koja apsorbira energiju iz okoline), otopina gubi toplinu, što joj snižava temperaturu. Razlika u temperaturi, zajedno sa specifičnom toplinom i masom otopine, omogućuje vam utvrđivanje koliko topline reakcija koristi. Na primjer, ako vrući komad bakra stavite u hladnu količinu vode unutar kalorimetra, toplina će teći iz bakra u vodu. Temperatura bakra će se smanjivati, a temperatura vode će se povećavati dok ne dobiju istu temperaturu (toplinska ravnoteža). Tijekom postupka ne dobivate ili gubite toplinu jer kalorimetar omogućuje sav prijenos topline između dviju tvari.
Mjerenje specifične topline
Specifična toplina je količina energije koja je potrebna za temperaturnu promjenu od 1 Celzijev stupanj po gramu tvari i ona varira između supstanci. Primjerice, specifična toplina vode iznosi 1,00 kalorija / gram Celzijevih stupnjeva. Da biste odredili specifičnu toplinu nepoznatog metala, stavite zagrijani komad metala u vodu u unutarnju posudu kalorimetra. Nakon što izmjerite konačnu temperaturu metala i vode, kao što je najviša temperatura koju voda dosegne, možete utvrditi specifičnu toplinu metala. Prvo pomnožite masu vode sa specifičnom toplinom vode s promjenom temperature vode, a zatim pomnožite masu metala s temperaturnom promjenom metala. Podijelite svoj prvi odgovor s vašim drugim odgovorom kako biste utvrdili specifičnu toplinu metala.