Калориметр может показаться модным научным оборудованием, но на самом деле это очень простое устройство для измерения тепла, которое вы можете сделать дома из двух кофейных чашек. Часто используемый в экспериментах над научными проектами, он измеряет количество тепла, вовлеченного в химический или физический процесс, например теплопередачу или удельную теплоемкость вещества.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
Температура жидкости меняется, когда она набирает или теряет энергию. Калориметр измеряет массу жидкости и изменение температуры жидкости, чтобы определить количество энергии, полученной или потерянной жидкостью.
Компоненты калориметра
Калориметр имеет два сосуда: внешний и внутренний. Воздух между двумя сосудами действует как теплоизолятор, что означает отсутствие (или минимальный) теплообмена между тем, что находится внутри внутреннего сосуда, и внешней средой. Калориметры, используемые в научных лабораториях, имеют волоконное кольцо из изоляционного материала, которое удерживает внутренний сосуд в центре внешнего сосуда. Они включают термометр для измерения температуры жидкости во внутреннем сосуде и мешалку для перемешивания жидкости и распределения тепла по сосуду. Калориметр в домашних условиях легко сделать из полистирольных стаканчиков, крышки, термометра и мешалки. Однако калориметр «кофейная чашка» обеспечивает больший теплообмен с окружающей средой и дает менее точные результаты.
Измерение теплопередачи
Если экзотермическая реакция (химическая реакция, которая выделяет энергию за счет света или тепла) происходит в растворе в калориметре, раствор использует тепло, которое повышает его температуру. Если происходит эндотермическая реакция (реакция, которая поглощает энергию из окружающей среды), раствор теряет тепло, что снижает его температуру. Разница в температуре вместе с удельной теплотой и массой раствора позволяет определить, сколько тепла потребляет реакция. Например, если вы поместите горячий кусок меди в холодное количество воды внутри калориметра, тепло перейдет от меди к воде. Температура меди будет снижаться, а температура воды увеличиваться до тех пор, пока они не достигнут той же температуры (тепловое равновесие). Вы не получаете и не теряете тепло во время процесса, потому что калориметр позволяет всему теплопередаче происходить между двумя веществами.
Измерение удельной теплоемкости
Удельная теплоемкость - это количество энергии, необходимое для изменения температуры на 1 градус Цельсия на грамм вещества, и оно варьируется в зависимости от вещества. Например, удельная теплоемкость воды составляет 1,00 калорий на грамм градусов Цельсия. Чтобы определить удельную теплоемкость неизвестного металла, поместите нагретый кусок металла в воду во внутренний сосуд калориметра. После того, как вы измерили конечную температуру металла и воды, например, максимальную температуру, достигаемую водой, вы можете определить удельную теплоемкость металла. Сначала умножьте массу воды на удельную теплоемкость воды на изменение температуры воды, затем умножьте массу металла на изменение температуры металла. Разделите свой первый ответ на второй, чтобы определить удельную теплоемкость металла.