Kalorimeter se morda sliši kot modna znanstvena oprema, vendar je pravzaprav zelo preprosta naprava za merjenje toplote, ki jo lahko naredite doma z dvema skodelicama za kavo. Pogosto se uporablja v eksperimentih z znanstvenimi projekti in meri količino toplote, ki sodeluje v kemičnem ali fizikalnem procesu, kot je prenos toplote ali specifična toplota snovi.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
Temperatura tekočine se spremeni, ko pridobi ali izgubi energijo. Kalorimeter meri maso tekočine in temperaturno spremembo tekočine, da določi količino energije, ki jo tekočina pridobi ali izgubi.
Sestavni deli kalorimetra
Kalorimeter ima dve posodi: zunanjo in notranjo posodo. Zrak med obema posodama deluje kot toplotni izolator, kar pomeni, da ni nobene (ali minimalne) izmenjave toplote med notranjostjo posode in zunanjim okoljem. Kalorimetri, ki se uporabljajo v znanstvenih laboratorijih, imajo vlaknasti obroč iz izolacijskega materiala, ki drži notranjo posodo v središču zunanje posode. Vključujejo termometer za merjenje temperature tekočine v notranji posodi in mešalnik za mešanje tekočine in porazdelitev toplote po posodi. Doma je enostavno narediti kalorimeter s polistirenskimi skodelicami, pokrovom, termometrom in mešalnikom. Kalorimeter "skodelica za kavo" pa omogoča večjo izmenjavo toplote z okolico in daje manj natančne rezultate.
Merjenje prenosa toplote
Če se v raztopini v kalorimetru zgodi eksotermna reakcija (kemična reakcija, ki sprošča energijo s svetlobo ali toploto), raztopina porabi toploto, ki zviša njeno temperaturo. Če se zgodi endotermna reakcija (reakcija, ki absorbira energijo iz okolice), raztopina izgubi toploto, kar zniža njeno temperaturo. Razlika v temperaturi skupaj s specifično toploto in maso raztopine vam omogoča, da ugotovite, koliko toplote porabi reakcija. Če na primer vroč košček bakra postavite v hladno količino vode znotraj kalorimetra, bo toplota iz bakra tekla v vodo. Temperatura bakra se bo zniževala, temperatura vode pa se bo povečevala, dokler ne bodo imeli enake temperature (toplotnega ravnovesja). Med postopkom ne pridobivate ali izgubljate toplote, ker kalorimeter omogoča, da pride do prenosa toplote med obema snovema.
Merjenje specifične toplote
Specifična toplota je količina energije, ki je potrebna za spremembo temperature za 1 stopinjo Celzija na gram snovi, in se med snovmi razlikuje. Na primer, specifična toplota vode je 1,00 kalorij / gram stopinj Celzija. Če želite določiti specifično toploto neznane kovine, segreti kos kovine postavite v vodo v notranjo posodo kalorimetra. Ko izmerite končno temperaturo kovine in vode, na primer najvišjo temperaturo, ki jo doseže voda, lahko določite specifično toploto kovine. Najprej maso vode pomnožimo s specifično toploto vode s temperaturno spremembo vode, nato maso kovine pomnožimo s temperaturno spremembo kovine. Prvi odgovor razdelite na drugi odgovor, da ugotovite specifično toploto kovine.