Milyen a kalorimetriás fizika?
A kaloriméter (a hőhőtől és a metrótól a mérésre) egy eszköz a mennyiségmérésre. bármely fizikai, kémiai vagy biológiai folyamatban kiválasztódik vagy abszorbeálódik. A "kaloriméter" kifejezést javasolták és ().
In és használt - egy eszköz a részecskék energiájának mérésére.
A modern kaloriméterek 0,1 és 3500 között működnek, és lehetővé teszik a hőmennyiség mérését 0,01-10% -os pontossággal. A kaloriméterek elrendezése nagyon változatos, és a vizsgált eljárás jellege és időtartama, a mérési tartomány hőmérséklet-tartománya, a mért hőmennyiség és a szükséges pontosság határozza meg.
Egy olyan kalorimétert, amelyet úgy terveztek, hogy megmérje a folyamatban a folyamat során felszabaduló Q teljes hõmennyiséget a kezdetektõl a befejezésig, az integrátor kaloriméter
Calorimeter a hő (hőkibocsátási sebesség) L méréséhez és annak változásához a folyamat különböző szakaszaiban - egy teljesítménymérő vagy kaloriméter-oszcillográf. A kalorimetrikus rendszer és a mérési módszer különbséget tesz a folyadék és a masszív kaloriméter között, egy és két (differenciál).
Az izoterm bevonattal rendelkező változó hőmérsékletű folyadék kaloriméter-integrátor a feloldódás hőjének és a kémiai reakciók hevítésének mérésére szolgál. Ez egy folyadékkal (rendszerint vízzel) ellátott edényből áll, amelyben van: a vizsgált eljárás végrehajtására szolgáló kamra ("kalorimetrikus bomba"), keverő, fűtő és. A kamrában felszabaduló hőt ezután a kamra, a folyadék és a kaloriméter többi része között osztják el, amelynek teljes egészét a műszer kalorimetriás rendszerének nevezik.
A héj folyékony izotermikus hőmérsékletét folyamatosan tartják a folyadék kaloriméterekhez. A kémiai reakció hőjének meghatározásakor a legnagyobb nehézségek gyakran nem az oldalsó folyamatok figyelembe vételével, hanem a reakció teljességének meghatározásával és számos reakció figyelembevételének szükségességével járnak.
A kalorimetrikus rendszer állapotváltozása (például hőmérséklete) lehetővé teszi a kalóriiméterbe bevezetett hőmennyiség mérését. A kalorimetrikus rendszer fűtése rögzített. A kaloriméter mérését megelőzően a kalorimetriás rendszer hőmérsékletét akkor határozzák meg, ha ismert mennyiségű hő kerül átadásra vele (a kaloriméter fűtőelemével vagy a kémiai reakciónak a kamrában ismert mennyiségű standard anyaggal való végrehajtása révén). A kalibrálás eredményeképpen a kaloriméter hőértékét kapjuk meg, azaz. amelyet meg kell szorozni a hőmérő mért hőmérsékletváltozásával a kaloriméterben a bejuttatott hőmennyiség meghatározásához. Egy ilyen kaloriméter hőértékét (c) a kalorimetriás rendszer jelenti. Az ismeretlen égéstermék vagy más kémiai reakció meghatározása Q csökken a kalorimetrikus rendszer hőmérsékletváltozásának Δt mérésére a vizsgált eljárás során: Q = c Δt. Általában a Q értéket az anyag tömegére utalják a kaloriméter kamrájában.
Káros folyamatok kalorimetrikus mérésekben [ ]
A kalorimetriás mérések lehetővé teszik, hogy közvetlenül meghatározza csak a hőmennyiség a vizsgálati folyamat és a különböző másodlagos eljárásnak, mint például a keverés, a víz elpárolgását, a törés az ampulla az anyaggal, és így tovább. N. A hő a mellékreakciók kell meghatározni kísérleti úton vagy számítással, és kizárják a végeredményt. Az elkerülhetetlen oldali folyamatok egyike a kaloriméter a környezeten keresztül és. Annak érdekében, hogy figyelembe lehessen venni az oldalsó folyamatokat és elsősorban a hőcserét, a kalorimetrikus rendszert héj veszi körül, amelynek hőmérsékletét szabályozzák.
A kaloriméter-típusú integrátorral egyéb - egy izoterm (állandó hőmérsékletű) fent megadott a hő nem változik a hőmérséklet a kalorimetriás rendszer, és változást okoz a szervezetben, részét képező rendszer (például, az olvadó jég a jég kaloriméter). A hőbevitel mennyiségét ebben az esetben az anyag aggregátumát megváltoztató anyag tömege (például az olvadt jég tömege, amelyet a jég és víz keverékének térfogatának változása alapján lehet mérni), és.
A masszív kaloriméter-integrátort leggyakrabban az anyagok meghatározására használják magas hőmérsékleten (2500 ° C-ig). Az ilyen típusú kaloriméterek kalorimetrikus rendszere egy fémblokk (általában vagy ből), ahol a reakcióedényhez tartozó edény mélyedései hőmérő és fűtőelemek. A entalpiája anyag kiszámítása a termék termikus értékek a különbség kaloriméter UPS blokk hőmérsékletét, után mért csökkenés a foglalatból ampulla egy bizonyos mennyiségű anyag, majd az üres ampulla, melegítjük ugyanezen a hőmérsékleten.
gázok, és néha folyadékok, az úgynevezett. flow labyrinth calorimeters - a folyadék vagy a gáz álló folyadékáramának bemeneti és kimeneti hőmérséklete, az áramlás ereje és a kaloriméter elektromos fűtője által generált Joule-hő alapján.
Kaloriméter működő fogyasztásmérőt, ellentétben kaloriméterben integrátor jelentős hőátadást annak bemenetét a eltávolított hő mennyiségének gyors és kaloriméter állapotban határozzuk meg a pillanatnyi teljesítmény értékét a termikus eljárás. A folyamat hőteljesítményét a kaloriméter hőcseréje a héjjal találja meg. Ezek a kaloriméterek, amelyeket egy francia fizikus kifejlesztett. egy olyan fémblokk, amely csatornákkal van ellátva, amelyekbe hengeres cellákat helyeznek. A sejt a vizsgált eljáráson megy keresztül; a fémblokk szerepet játszik a héjban (a hőmérsékletét állandóan 10 -5 -10 -6 K-ig tartják). A cella és az egység közötti hőmérsékletkülönbséget legfeljebb 1000 csomóponttal rendelkező termobatterzel mérik. A cella és a termobattery közötti hőcsere arányos a kis hőmérsékletkülönbséggel, amely a készülék és a cellák között keletkezik, amikor a hő felszabadul vagy abszorbeálódik benne. A blokk kerül többnyire két sejt működik, mint egy differenciális kaloriméter: Thermopile minden cellában azonos számú csomópontok, és ezért azok a különbség EMF lehetővé teszi, hogy meghatározzuk közvetlenül a különbség a hőkapacitása fluxusok belépő a sejt. Ez a mérési módszer lehetővé teszi a mért mennyiség torzulásainak kizárását véletlenszerű ingadozásokkal a blokk hőmérsékletében. Az egyes cellákra általában két termobatterkét szerelnek fel: az alapul véve a vizsgált folyamat hőteljesítményét kompenzáljuk. és a másik (indikátor) a hőáramlás kompenzálatlan részének mérésére szolgál. Ebben az esetben az eszköz különbségi kompenzációs kaloriméterként működik, szobahőmérsékleten az ilyen kaloriméterek a folyamatok hőteljesítményét 1 μW pontossággal mérik.
Gyakori elnevezések kaloriméter - „kémiai reakció”, „bombázás”, „izoterm”, „jég”, „alacsony hőmérséklet” - van történelmi indulási és főleg, hogy olyan eljárást és felhasználási terület kaloriméter nem teljesek és nem összehasonlító jellegzetes.
A kaloriméterek általános osztályozását a mérési technikát meghatározó három fő változó figyelembevételével lehet megalkotni: a Tc kalorimetriás rendszer hőmérséklete; héjhőmérséklet. a kalorimetrikus rendszer körül; a kaloriméterben egyidejűleg kibocsátott hő L. mennyisége (hőteljesítmény).
Az állandó Tc és To kalorimetereket izotermikusnak nevezik; Tc = To - adiabatikus; kaloriméter a Tc - To állandó hőmérsékletkülönbség mellett üzemel. egy állandó hőcserélő kaloriméternek nevezik; egy izoperibolikus kaloriméterben (azt is nevezik kalóriamérőnek egy izoterm héjjal). és Tc a L. hőteljesítmény függvénye.
A végső mérési eredményt befolyásoló tényezők [| ]
A mérések végső eredményét befolyásoló tényező az automata hőmérsékletszabályozók megbízható működése izotermikus vagy adiabatikus héjokhoz. Egy adiabatikus kaloriméterben a héj hőmérsékletét úgy szabályozzuk, hogy mindig közel álljon a kalorimetriás rendszer változó hőmérsékletéhez. Adiabatikus Shell - könnyű fém ernyő kidolgozását, amely egy fűtőberendezés, - csökkenti a hőcserélő úgy, hogy a kaloriméter hőmérséklete változik csak néhány tízezred dg / min. Gyakran előfordul, hogy a kalorimetriás kísérlet során a hőátadás csökkenthető, elhanyagolható értékre. Ha szükséges, az eredmények a közvetlen mérés korrigáltuk a hőcserélő, a számítási módszer, amelynek alapja - az arányosság közötti hőáram kaloriméterrel és a burkolat különbség a hőmérséklet, ha a különbség kicsi (3-4 ° C).
Egy izoterm héjjal ellátott kaloriméter esetében a kémiai reakció hevítése legfeljebb 0,01% -os hiba mellett határozható meg. Ha kaloriméter kis méretek, a hőmérséklet változik több mint 2-3 ° C és a folyamat hosszú, akkor az izotermikus borítékot korrekció hőcserélő elérheti 15-20% a mért érték és súlyosan korlátozza a mérés pontosságát. Ezekben az esetekben célszerűbb egy adiabatikus héj használata.
Adiabatikus kaloriméter határozzuk meg a 0,1 és 1000 K fajhője szilárd és folyékony anyagok szobahőmérsékleten, és alacsony hőmérsékleten adiabatikus kaloriméterben védett vákuum köpeny elmerül. folyadékkal töltött. vagy. Megemelt hőmérsékleten (100 ° C fölött) a kalorimétert termosztált elektromos sütőbe helyezzük.
A mai lecke témája annak a módnak a szentelése, amellyel kísérletileg, azaz a gyakorlatban az anyag specifikus hőjének meghatározása lehetséges. Pontosabban tekintjük a hőkapacitás meghatározását egy szilárd test - fém (réz) henger példájára.
A munka célja egy fémhenger különleges hőteljesítményének meghatározása.
A vizsgálat tárgya: sárgaréz henger, felfüggesztve egy szálon.
Készülékek és anyagok: egy fém henger a szálra (1. ábra), Egy pohár forró csésze vizet (a 2. ábrán), két hőmérők (3. ábra), mérlegek (4. ábra) kaloriméterrel (5. ábra).
Ábra. 3. Hőmérő ()
Ábra. 5. Kaloriméter ()
Adatfeldolgozás és az eredmény kiszámítása:
A kaloriméterben mért állandó egyensúlyi végső hőmérséklet és az egyéb adatok lehetővé teszik számunkra, hogy kiszámítsuk a fém hőt, amelyből a henger elkészült. Számítsuk ki a kívánt értéket mi azon a tényen alapul, hogy a hűtés, a henger ad pontosan ugyanazt a hőmennyiséget, amely fogadja a víz melegítés, egy úgynevezett hőátadást.
Ennek megfelelően a következő egyenleteket kapjuk. Fűtővíz esetén a hőmennyiség:
Különleges vízhő (táblázatos érték) ,;
a víz tömege, amely egyensúlyméréssel határozható meg, kg;
a víz és a henger végső hőmérséklete, hőmérővel mérve;
kezdeti hideg vízhőmérséklet, hőmérővel mérve, o.
A fémhenger hűtéséhez a hőmennyiséget:
a fém höje, amelyböl a henger elkészül (a keresett érték) ,;
a palack tömege, amely egyensúlyméréssel határozható meg, kg;
a forró víz hőmérséklete, és ennek megfelelően a henger kezdeti hőmérséklete hőmérővel mérve;
a víz és a henger végső hőmérséklete, hőmérővel mérve, o.
Megjegyzés. Mindkét képletben levonjuk a nagyobb hőmérsékletről az alsó értéket a hőmennyiség pozitív értékének meghatározására.
Amint azt korábban jeleztük, a hidegvíz és a fémhenger közötti hőcserélési eljárás következtében ezek hőmennyiségei:
.
Következésképpen, a hengeranyag különleges hője:
A laboratóriumi munkában elért eredményeket célszerűen táblázatosan írják le, és több mérést és számítást végeznek annak érdekében, hogy a legpontosabban közelítő eredményt elérjék. Esetünkben a táblázat talán valami ilyesmit lát:
A víz tömege a kaloriméterben
Következtetés: A hengeres anyag fajlagos hőjének számított értéke.
Ma megvizsgáltuk a laboratóriumi munkák elvégzésének módszertanát a szilárd hő egyedi hőmérésére. A következő leckében az üzemanyag elégetése során az energiafelszabadításról beszélünk.
Ajánlott referenciák listája
1. Gendenshtein L. E., Kaidalov AB, Kozhevnikov VB / Ed. Orlova VA A. Roisen II. Fizika 8. - M. Mnemozin.
3. Fadeeva AA Zasov AV Kiselev DF fizika 8. - M. felvilágosodás.
Ajánlott linkek az internetes forrásokhoz
Ajánlott házi feladat
1. A laboratóriumi munka mely szakaszában lehet a legnagyobb mérési hibát elérni?
2. Mi legyen az anyag és a készülék kalorimétere a legpontosabb mérési eredmények eléréséhez?
3. Tegyen javaslatot saját technikájára egy adott folyadék hőjének mérésére.
Kaloriméter - mérésére szolgáló eszközt a hőmennyiség, hőkapacitása, égéshőt, stb D. A legegyszerűbb kaloriméter egy olyan rendszer, a két henger alakú tartályok különböző átmérőjű .. Egy kisebb tartály 1 be van dugva a nagyobb, 2 szigetelő állványon 3. Az oldalsó felületet szétválasztjuk tartályokkal réteget WHO-j szellemében 4, amely szintén szigetelő tulajdonságokkal.
Egy ilyen rendszer lehetővé teszi, hogy minimalizálja a hőveszteséget mérésével felszabaduló hőmennyiség vagy abszorbeált termikus eljárások :. fűtés, olvadás, forrás, kristályosítás és így tovább P. Calorimetry - egy sor mérési módszerek a termikus hatások (hőmennyiség) kísérő különböző fizikai, kémiai és biológiai folyamatok (például anyag égése, hőcsere, energiatermelés vagy kémiai reakciók során történő felszívódása).
