En kalorimeter kan låta som en snygg vetenskaplig utrustning, men det är faktiskt en mycket enkel värmemätanordning som du kan göra hemma med två kaffekoppar. Används ofta i vetenskapliga projektexperiment, det mäter mängden värme som är involverad i en kemisk eller fysisk process, såsom värmeöverföring eller specifik värme hos ett ämne.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Vätskans temperatur ändras när den ökar eller tappar energi. En kalorimeter mäter vätskans massa och temperaturförändringen för vätskan för att bestämma mängden energi som vätskan får eller förlorar.
Komponenter i en kalorimeter
En kalorimeter har två kärl: ett yttre kärl och ett inre kärl. Luften mellan de två kärlen fungerar som en värmeisolator, vilket betyder att det inte finns något (eller minimalt) värmeväxling mellan det som finns inuti det inre kärlet och den yttre miljön. Kalorimetrar som används i vetenskapslaboratorier har en fiberring gjord av isoleringsmaterial för att hålla det inre kärlet i mitten av det yttre kärlet. De inkluderar en termometer för att mäta vätskans temperatur i det inre kärlet och en omrörare för att omröra vätskan och fördela värmen genom kärlet. Det är enkelt att göra en kalorimeter hemma med polystyrenkoppar, ett lock, en termometer och en omrörare. En "kaffekopp" kalorimeter möjliggör dock mer värmeväxling med omgivningen och ger mindre exakta resultat.
Mäta värmeöverföring
Om en exoterm reaktion (en kemisk reaktion som frigör energi genom ljus eller värme) inträffar i en lösning i en kalorimeter, använder lösningen värme, vilket höjer temperaturen. Om en endoterm reaktion (en reaktion som absorberar energi från omgivningen) inträffar förlorar lösningen värme, vilket sänker temperaturen. Temperaturskillnaden, tillsammans med den specifika värmen och massan av lösningen, gör att du kan räkna ut hur mycket värme reaktionen använder. Till exempel, om du placerar en het kopparbit i en sval mängd vatten inom en kalorimeter, kommer det att strömma från koppar till vattnet. Koppartemperaturen kommer att minska och vattentemperaturen kommer att öka tills de har samma temperatur (termisk jämvikt). Du vinner inte eller tappar värme under processen eftersom kalorimetern tillåter all värmeöverföring mellan de två ämnena.
Mätning av specifik värme
Specifik värme är den mängd energi som krävs för att producera en temperaturförändring på 1 grad Celsius per gram ämne, och den varierar mellan ämnen. Till exempel är den specifika vattenvärmen 1,00 kalorier / gram Celsius. För att bestämma den specifika värmen för en okänd metall, placera en uppvärmd bit av metallen i vatten i kalorimeterns inre kärl. När du har mätt den slutliga temperaturen för både metallen och vattnet, till exempel den högsta temperaturen som vattnet uppnått, kan du räkna ut metallens specifika värme. Multiplicera först vattenmassan med den specifika vattenvärmen med temperaturförändringen av vatten och multiplicera sedan metallens massa med temperaturförändringen för metall. Dela ditt första svar med ditt andra svar för att fastställa metallens specifika värme.