Kalorimetrs varētu izklausīties pēc izdomāta zinātnes aprīkojuma, taču patiesībā tā ir ļoti vienkārša siltuma mērīšanas ierīce, kuru varat pagatavot mājās, izmantojot divas kafijas tases. Bieži izmanto zinātnes projektu eksperimentos, tas mēra siltuma daudzumu, kas saistīts ar ķīmisko vai fizisko procesu, piemēram, siltuma pārnesi vai vielas specifisko siltumu.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Šķidruma temperatūra mainās, iegūstot vai zaudējot enerģiju. Kalorimetrs mēra šķidruma masu un šķidruma temperatūras izmaiņas, lai noteiktu šķidruma iegūto vai zaudēto enerģijas daudzumu.
Kalorimetra sastāvdaļas
Kalorimetrā ir divi trauki: ārējais trauks un iekšējais trauks. Gaiss starp abiem traukiem darbojas kā siltumizolators, tas nozīmē, ka starp iekšējā trauka iekšpusi un ārējo vidi nav siltuma apmaiņas (vai minimāla). Zinātnes laboratorijās izmantotajiem kalorimetriem ir šķiedru gredzens, kas izgatavots no izolācijas materiāla, lai iekšējo trauku noturētu ārējā trauka centrā. Tajos ietilpst termometrs šķidruma temperatūras mērīšanai iekšējā traukā un maisītājs šķidruma maisīšanai un siltuma sadalei pa visu trauku. Mājās ir viegli izgatavot kalorimetru ar polistirola krūzītēm, vāku, termometru un maisītāju. Tomēr "kafijas tases" kalorimetrs nodrošina lielāku siltuma apmaiņu ar apkārtni un rada mazāk precīzus rezultātus.
Siltuma pārneses mērīšana
Ja kalorimetra šķīdumā notiek eksotermiska reakcija (ķīmiska reakcija, kas gaismā vai siltumā izdala enerģiju), šķīdums izmanto siltumu, kas paaugstina tā temperatūru. Ja notiek endotermiska reakcija (reakcija, kas absorbē enerģiju no apkārtnes), šķīdums zaudē siltumu, kas pazemina tā temperatūru. Temperatūras atšķirība kopā ar šķīduma īpatnējo siltumu un masu ļauj noteikt, cik daudz siltuma izmanto reakcija. Piemēram, ja jūs ievietojat karstu vara gabalu vēsā ūdens daudzumā kalorimetrā, siltums no vara plūst ūdenī. Vara temperatūra pazemināsies, un ūdens temperatūra paaugstināsies, līdz tām būs vienāda temperatūra (siltuma līdzsvars). Procesa laikā jūs neiegūstat un nezaudējat siltumu, jo kalorimetrs ļauj visām siltuma pārnesēm notikt starp abām vielām.
Īpatnējā siltuma mērīšana
Īpatnējais siltums ir enerģijas daudzums, kas nepieciešams temperatūras maiņai par 1 grādu pēc Celsija uz gramu vielas, un tas dažādās vielās atšķiras. Piemēram, ūdens īpatnējais siltums ir 1,00 kalorijas / grami pēc Celsija. Lai noteiktu nezināmā metāla īpatnējo siltumu, kalorimetra iekšējā traukā ievietojiet sakarsētu metāla gabalu ūdenī. Kad esat izmērījis gan metāla, gan ūdens galīgo temperatūru, piemēram, augstāko ūdens sasniegto temperatūru, jūs varat noteikt metāla īpatnējo siltumu. Vispirms ūdens masu reiziniet ar īpatnējo ūdens siltumu ar ūdens temperatūras izmaiņām, pēc tam metāla masu reiziniet ar metāla temperatūras izmaiņām. Sadaliet savu pirmo atbildi ar otro atbildi, lai noteiktu metāla īpatnējo siltumu.