Een calorimeter klinkt misschien als een mooi stukje wetenschappelijke apparatuur, maar het is eigenlijk een heel eenvoudig warmtemeetapparaat dat je thuis kunt maken met twee koffiekopjes. Vaak gebruikt in experimenten met wetenschappelijke projecten, meet het de hoeveelheid warmte die betrokken is bij een chemisch of fysiek proces, zoals warmteoverdracht of specifieke warmte van een stof.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
De temperatuur van vloeistof verandert wanneer het energie wint of verliest. Een calorimeter meet de massa van vloeistof en de temperatuurverandering van de vloeistof om de hoeveelheid energie te bepalen die door de vloeistof wordt gewonnen of verloren.
Onderdelen van een calorimeter
Een calorimeter heeft twee vaten: een buitenvat en een binnenvat. De lucht tussen de twee vaten werkt als een warmte-isolator, wat betekent dat er geen (of minimale) warmte-uitwisseling is tussen wat zich in het binnenvat en de buitenomgeving bevindt. Calorimeters die in wetenschappelijke laboratoria worden gebruikt, hebben een vezelring van isolerend materiaal om het binnenvat in het midden van het buitenste vat te houden. Ze bevatten een thermometer om de temperatuur van de vloeistof in het binnenvat te meten en een roerder om de vloeistof te roeren en warmte door het hele vat te verdelen. Het is gemakkelijk om thuis een calorimeter te maken met polystyreenbekers, een deksel, een thermometer en een roerder. Een calorimeter van een "koffiekopje" zorgt echter voor meer warmte-uitwisseling met zijn omgeving en levert minder nauwkeurige resultaten op.
Warmteoverdracht meten
Als een exotherme reactie (een chemische reactie waarbij energie vrijkomt door licht of warmte) plaatsvindt in een oplossing in een calorimeter, gebruikt de oplossing warmte, waardoor de temperatuur stijgt. Als er een endotherme reactie (een reactie die energie uit de omgeving absorbeert) plaatsvindt, verliest de oplossing warmte, waardoor de temperatuur daalt. Het verschil in temperatuur, samen met de soortelijke warmte en massa van de oplossing, stelt u in staat om uit te rekenen hoeveel warmte de reactie verbruikt. Als u bijvoorbeeld een heet stuk koper in een koele hoeveelheid water in een calorimeter plaatst, zal er warmte van het koper naar het water stromen. De temperatuur van het koper zal afnemen, en de temperatuur van het water zal stijgen totdat ze dezelfde temperatuur hebben (thermisch evenwicht). Je krijgt of verliest geen warmte tijdens het proces omdat de calorimeter alle warmteoverdracht tussen de twee stoffen laat plaatsvinden.
Specifieke warmte meten
Specifieke warmte is de hoeveelheid energie die nodig is om een temperatuurverandering van 1 graad Celsius per gram stof teweeg te brengen, en deze varieert tussen stoffen. De soortelijke warmte van water is bijvoorbeeld 1,00 calorie/gram graden Celsius. Om de soortelijke warmte van een onbekend metaal te bepalen, plaatst u een verwarmd stuk metaal in water in het binnenvat van de calorimeter. Nadat je de eindtemperatuur van zowel het metaal als het water hebt gemeten, zoals de hoogste temperatuur die het water bereikt, kun je de soortelijke warmte van het metaal berekenen. Vermenigvuldig eerst de massa van water met de soortelijke warmte van water met de temperatuurverandering van water en vermenigvuldig vervolgens de massa van metaal met de temperatuurverandering van metaal. Deel je eerste antwoord door je tweede antwoord om de soortelijke warmte van het metaal vast te stellen.