Kalorimetre kulağa süslü bir bilim ekipmanı gibi gelebilir, ancak aslında evde iki kahve fincanı kullanarak yapabileceğiniz çok basit bir ısı ölçüm cihazıdır. Genellikle bilim projesi deneylerinde kullanılır, ısı transferi veya bir maddenin özgül ısısı gibi kimyasal veya fiziksel bir süreçte yer alan ısı miktarını ölçer.
TL; DR (Çok Uzun; Okumadım)
Enerji kazandığında veya kaybettiğinde sıvının sıcaklığı değişir. Kalorimetre, sıvının kazandığı veya kaybettiği enerji miktarını belirlemek için sıvının kütlesini ve sıvının sıcaklık değişimini ölçer.
Kalorimetrenin Bileşenleri
Bir kalorimetrenin iki kabı vardır: bir dış kap ve bir iç kap. İki kap arasındaki hava, bir ısı yalıtkanı görevi görür, yani iç kabın içindeki ile dış ortam arasında hiçbir (veya minimum) ısı alışverişi yoktur. Bilim laboratuvarlarında kullanılan kalorimetreler, iç kabı dış kabın merkezinde tutmak için yalıtkan malzemeden yapılmış bir fiber halkaya sahiptir. İç kaptaki sıvının sıcaklığını ölçmek için bir termometre ve sıvıyı karıştırmak ve ısıyı kap boyunca dağıtmak için bir karıştırıcı içerirler. Polistiren kaplar, kapak, termometre ve karıştırıcı ile evde kalorimetre yapmak çok kolay. Bununla birlikte, bir "kahve fincanı" kalorimetresi, çevresiyle daha fazla ısı alışverişi sağlar ve daha az doğru sonuçlar verir.
Isı Transferinin Ölçülmesi
Bir kalorimetre içindeki bir çözeltide ekzotermik bir reaksiyon (ışık veya ısı ile enerji açığa çıkaran bir kimyasal reaksiyon) meydana gelirse, çözelti ısı kullanır ve bu da sıcaklığını yükseltir. Bir endotermik reaksiyon (çevresinden enerji emen bir reaksiyon) meydana gelirse, çözelti ısı kaybeder ve bu da sıcaklığını düşürür. Çözeltinin özgül ısısı ve kütlesi ile birlikte sıcaklık farkı, reaksiyonun ne kadar ısı kullandığını hesaplamanıza olanak tanır. Örneğin, bir kalorimetre içindeki soğuk miktarda suya sıcak bir bakır parçası koyarsanız, bakırdan suya ısı akacaktır. Bakırın sıcaklığı düşecek ve suyun sıcaklığı aynı sıcaklığa (termal denge) gelene kadar artacaktır. Kalorimetre tüm ısı transferinin iki madde arasında gerçekleşmesine izin verdiği için işlem sırasında ısı kazanmaz veya kaybetmezsiniz.
Özgül Isı Ölçümü
Özgül ısı, maddenin gramı başına 1 santigrat derecelik bir sıcaklık değişimi üretmek için gerekli olan enerji miktarıdır ve maddeler arasında farklılık gösterir. Örneğin, suyun özgül ısısı 1,00 kalori/gram santigrat derecedir. Bilinmeyen bir metalin özgül ısısını belirlemek için, ısıtılmış bir metal parçasını kalorimetrenin iç kabına suya koyun. Suyun ulaştığı en yüksek sıcaklık gibi hem metalin hem de suyun son sıcaklığını ölçtüğünüzde, metalin özgül ısısını hesaplayabilirsiniz. Önce suyun kütlesini suyun özgül ısısıyla suyun sıcaklık değişimiyle çarpın, ardından metalin kütlesini metalin sıcaklık değişimiyle çarpın. Metalin özgül ısısını belirlemek için ilk cevabınızı ikinci cevabınıza bölün.