Un calorimetro potrebbe sembrare un apparecchio scientifico di fantasia, ma in realtà è un dispositivo di misurazione del calore molto semplice che puoi realizzare a casa usando due tazze di caffè. Spesso utilizzato negli esperimenti di progetti scientifici, misura la quantità di calore coinvolta in un processo chimico o fisico, come il trasferimento di calore o il calore specifico di una sostanza.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
La temperatura del liquido cambia quando guadagna o perde energia. Un calorimetro misura la massa del liquido e la variazione di temperatura del liquido per determinare la quantità di energia guadagnata o persa dal liquido.
Componenti di un calorimetro
Un calorimetro ha due vasi: un vaso esterno e un vaso interno. L'aria tra i due vasi funge da isolante termico, il che significa che non c'è (o minimo) scambio termico tra ciò che è all'interno del vaso interno e l'ambiente esterno. I calorimetri utilizzati nei laboratori scientifici hanno un anello in fibra di materiale isolante per trattenere il vaso interno al centro del vaso esterno. Includono un termometro per misurare la temperatura del liquido nel recipiente interno e un agitatore per mescolare il liquido e distribuire il calore in tutto il recipiente. È facile realizzare un calorimetro a casa con bicchieri di polistirolo, coperchio, termometro e agitatore. Tuttavia, un calorimetro a "tazzina da caffè" consente un maggiore scambio di calore con l'ambiente circostante e produce risultati meno accurati.
Misurazione del trasferimento di calore
Se in una soluzione in un calorimetro avviene una reazione esotermica (una reazione chimica che rilascia energia mediante luce o calore), la soluzione utilizza il calore, che ne aumenta la temperatura. Se si verifica una reazione endotermica (una reazione che assorbe energia dall'ambiente circostante), la soluzione perde calore, il che abbassa la sua temperatura. La differenza di temperatura, insieme al calore specifico e alla massa della soluzione, consente di calcolare quanto calore utilizza la reazione. Ad esempio, se metti un pezzo di rame caldo in una quantità d'acqua fresca all'interno di un calorimetro, il calore fluirà dal rame all'acqua. La temperatura del rame diminuirà e la temperatura dell'acqua aumenterà fino a raggiungere la stessa temperatura (equilibrio termico). Non si guadagna o si perde calore durante il processo perché il calorimetro permette che avvenga tutto il trasferimento di calore tra le due sostanze.
Misurazione del calore specifico
Il calore specifico è la quantità di energia necessaria per produrre una variazione di temperatura di 1 grado Celsius per grammo di sostanza e varia tra le sostanze. Ad esempio, il calore specifico dell'acqua è 1,00 calorie/grammo gradi Celsius. Per determinare il calore specifico di un metallo sconosciuto, metti un pezzo di metallo riscaldato in acqua nel recipiente interno del calorimetro. Una volta misurata la temperatura finale sia del metallo che dell'acqua, come la temperatura massima raggiunta dall'acqua, puoi calcolare il calore specifico del metallo. Innanzitutto, moltiplica la massa d'acqua per il calore specifico dell'acqua per la variazione di temperatura dell'acqua, quindi moltiplica la massa di metallo per la variazione di temperatura del metallo. Dividi la tua prima risposta per la seconda per stabilire il calore specifico del metallo.