หุ้น:
ประวัติส่วนความร้อนประเภทและลักษณะของแคลอรี่
เครื่องวัดความร้อน เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการวัดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของปริมาณสาร (โดยทั่วไปคือน้ำ) ของความร้อนจำเพาะที่ทราบ การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมินี้เกิดจากความร้อนที่ถูกดูดซับหรือถูกปล่อยออกมาในกระบวนการที่กำลังศึกษาอยู่ สารเคมีถ้ามันเป็นปฏิกิริยาหรือทางกายภาพถ้ามันประกอบด้วยการเปลี่ยนแปลงเฟสหรือสถานะ.
ในห้องปฏิบัติการความร้อนที่ง่ายที่สุดที่สามารถพบได้คือถ้วยกาแฟ มันถูกใช้เพื่อวัดความร้อนที่ดูดซับหรือปล่อยออกมาในปฏิกิริยาที่ความดันคงที่ในสารละลายที่เป็นน้ำ ปฏิกิริยาถูกเลือกเพื่อหลีกเลี่ยงการแทรกแซงของรีเอเจนต์หรือผลิตภัณฑ์ที่เป็นก๊าซ.
ในปฏิกิริยาคายความร้อนปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาสามารถคำนวณได้จากการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของความร้อนและสารละลายน้ำ:
ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยา = ปริมาณความร้อนที่ดูดซับโดยเครื่องวัดความร้อน + ปริมาณความร้อนที่สารละลายดูดซับ
ปริมาณความร้อนที่ถูกดูดกลืนโดยเครื่องวัดความร้อนเรียกว่าความสามารถในการผลิตพลังงานความร้อน สิ่งนี้จะถูกกำหนดโดยการให้ความร้อนจำนวนหนึ่งที่ทราบถึงความร้อนกับมวลน้ำที่กำหนด จากนั้นจะทำการวัดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของแคลอรี่และสารละลายที่บรรจุอยู่.
ด้วยข้อมูลเหล่านี้และการใช้ความร้อนเฉพาะของน้ำ (4.18 J / g.ºC) สามารถคำนวณความสามารถแคลอรี่ของแคลอรี่ได้ ความสามารถนี้เรียกว่าค่าคงที่ของความร้อน.
ในทางกลับกันความร้อนที่ได้จากสารละลายจะเท่ากับความร้อน ในสูตร m = มวลของน้ำ, ce = ความร้อนเฉพาะของน้ำและΔt = ความแปรปรวนของอุณหภูมิ เมื่อรู้ทั้งหมดนี้เราสามารถคำนวณปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาคายความร้อน.
ดัชนี
- 1 ประวัติความร้อน
- 2 ส่วน
- 3 ประเภทและลักษณะของพวกเขา
- 3.1 ถ้วยกาแฟ
- 3.2 ปั๊มความร้อน
- 3.3 เครื่องวัดความร้อนแบบอะเดียแบติก
- 3.4 เครื่อง Calorimeter isoperibolic
- 3.5 เครื่องวัดการไหล
- 3.6 เครื่องวัดความร้อนสำหรับการสแกนค่าความร้อน
- 4 การใช้งาน
- 4.1 ด้านฟิสิกส์เคมี
- 4.2 ในระบบชีวภาพ
- 4.3 แคลอรี่ของปั๊มออกซิเจนและพลังงานความร้อน
- 5 อ้างอิง
ประวัติของเครื่องวัดความร้อน
ในปี 1780, A. L. Lavoisier นักเคมีชาวฝรั่งเศสได้รับการยอมรับว่าเป็นหนึ่งในบิดาแห่งวิชาเคมีใช้หนูตะเภาเพื่อวัดความร้อนจากการหายใจ.
อย่างไร? การใช้อุปกรณ์ที่คล้ายกับเครื่องวัดความร้อน ความร้อนที่ผลิตโดยหนูตะเภานั้นเป็นหลักฐานจากการละลายของหิมะที่ล้อมรอบเครื่องมือ.
นักวิจัย A. L Lavoisier (1743-1794) และ P. S. Laplace (1749-1827) ออกแบบเครื่องวัดความร้อนที่ใช้วัดความร้อนจำเพาะของร่างกายโดยวิธีการละลายน้ำแข็ง.
Calorimeter ประกอบด้วยบีกเกอร์ทรงกระบอกชุบดีบุกเคลือบเงาถือโดยขาตั้งกล้องและสิ้นสุดลงภายในด้วยช่องทาง ข้างในวางแก้วอีกอันหนึ่งคล้ายกับแก้วที่ผ่านมาโดยมีท่อที่ผ่านเข้าไปในห้องด้านนอกและมีกุญแจ ข้างในแก้วที่สองเป็นตาราง.
ในตารางนี้ถูกวางสิ่งมีชีวิตหรือวัตถุที่มีความร้อนเฉพาะที่ต้องการที่จะตรวจสอบ น้ำแข็งถูกวางไว้ในภาชนะศูนย์กลางเช่นเดียวกับในตะกร้า.
ความร้อนที่เกิดจากร่างกายถูกดูดซับโดยน้ำแข็งทำให้เกิดการหลอมรวม และมีการรวบรวมผลิตภัณฑ์น้ำของเหลวของการละลายของน้ำแข็งเปิดกุญแจของกระจกด้านใน.
ในที่สุดการชั่งน้ำหนักน้ำมวลของน้ำแข็งที่หลอมละลายก็เป็นที่รู้จัก.
ชิ้นส่วน
เครื่องวัดความร้อนที่ใช้กันมากที่สุดในห้องปฏิบัติการสอนวิชาเคมีคือเครื่องวัดความร้อนถ้วยกาแฟ แคลอรี่นี้ประกอบด้วยบีกเกอร์หรือภาชนะอะนิเมะที่มีคุณสมบัติเป็นฉนวน ภายในภาชนะบรรจุสารละลายนี้จะถูกวางไว้กับร่างกายที่จะผลิตหรือดูดซับความร้อน.
ในส่วนบนของภาชนะบรรจุวัสดุฉนวนที่มีรูสองรู ในเครื่องวัดอุณหภูมิหนึ่งถูกนำมาใช้ในการวัดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและในเครื่องกวนอื่น ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งวัสดุแก้วซึ่งทำหน้าที่การทำงานของการเคลื่อนย้ายเนื้อหาของสารละลายน้ำ.
ภาพแสดงชิ้นส่วนของปั๊มความร้อน อย่างไรก็ตามมันสามารถสังเกตได้ว่ามันมีเครื่องวัดอุณหภูมิและปลุกปั่นองค์ประกอบทั่วไปในหลายแคลอรี่.
ประเภทและลักษณะของพวกเขา
ถ้วยกาแฟ
มันเป็นหนึ่งที่ใช้ในการกำหนดความร้อนที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาคายความร้อนและความร้อนที่ดูดซึมในปฏิกิริยาดูดความร้อน.
นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในการกำหนดความร้อนเฉพาะของร่างกาย นั่นคือปริมาณความร้อนที่สารกรัมต้องการดูดซับเพื่อเพิ่มอุณหภูมิของมันโดยหนึ่งองศาเซลเซียส. .
เครื่องสูบความร้อน
เป็นอุปกรณ์ที่วัดปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาหรือถูกดูดซับในปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่.
ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นในถังเหล็กแรงสูง (ปั๊ม) ซึ่งแช่อยู่ในน้ำปริมาณมาก สิ่งนี้ทำให้การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของน้ำมีน้อย ดังนั้นจึงสันนิษฐานว่าการเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาจะถูกวัดที่อุณหภูมิและปริมาณคงที่.
ด้านบนบ่งชี้ว่าไม่มีการทำงานใด ๆ เมื่อทำปฏิกิริยาในปั๊มความร้อน.
ปฏิกิริยาเริ่มต้นด้วยการจ่ายกระแสไฟฟ้าผ่านสายเคเบิลที่เชื่อมต่อกับปั๊ม.
เครื่องวัดความร้อนแบบอะเดียแบติก
มันมีลักษณะโดยมีโครงสร้างฉนวนที่เรียกว่าโล่ โล่ตั้งอยู่รอบ ๆ เซลล์ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงความร้อนและอุณหภูมิ นอกจากนี้ยังเชื่อมต่อกับระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่รักษาอุณหภูมิไว้ใกล้กับเซลล์เพื่อหลีกเลี่ยงการถ่ายเทความร้อน.
ใน adiabatic calorimeter ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่าง calorimeter และสภาพแวดล้อมจะลดลง รวมถึงการลดสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนและลดเวลาในการแลกเปลี่ยนความร้อน.
ชิ้นส่วนมันประกอบด้วยดังต่อไปนี้:
-เซลล์ (หรือภาชนะ) รวมเข้ากับระบบฉนวนที่พยายามหลีกเลี่ยงการสูญเสียความร้อน.
-เทอร์โมมิเตอร์สำหรับวัดอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง.
-ฮีตเตอร์เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่สามารถควบคุมได้.
-และโล่ดังกล่าวแล้ว.
ในเครื่องวัดค่าความร้อนประเภทนี้สามารถกำหนดคุณสมบัติเช่นเอนโทรปีอุณหภูมิเดอบีและความหนาแน่นของสถานะอิเล็กทรอนิกส์ได้.
เครื่องวัดความร้อน isoperibolic
มันเป็นอุปกรณ์ที่เซลล์ปฏิกิริยาและปั๊มถูกแช่อยู่ในโครงสร้างที่เรียกว่าแจ็คเก็ต ในกรณีนี้แจ็คเก็ตที่เรียกว่าประกอบด้วยน้ำเก็บไว้ที่อุณหภูมิคงที่.
อุณหภูมิของเซลล์และปั๊มจะเพิ่มขึ้นเมื่อความร้อนถูกปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการเผาไหม้ แต่อุณหภูมิของแจ็คเก็ตน้ำจะคงอยู่ที่อุณหภูมิคงที่.
ไมโครโปรเซสเซอร์ควบคุมอุณหภูมิของเซลล์และแจ็คเก็ตทำให้การแก้ไขที่จำเป็นของความร้อนรั่วไหลซึ่งเป็นผลมาจากความแตกต่างระหว่างสองอุณหภูมิ.
การแก้ไขเหล่านี้จะถูกนำไปใช้อย่างต่อเนื่องและการแก้ไขครั้งสุดท้ายจะขึ้นอยู่กับการวัดก่อนและหลังการทดสอบ.
เครื่องวัดการไหลความร้อน
พัฒนาโดย Caliendar มีอุปกรณ์ในการเคลื่อนย้ายก๊าซในภาชนะที่ความเร็วคงที่ เมื่อเพิ่มความร้อนจะมีการวัดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นในของไหล.
แคลอรี่ไหลเป็นลักษณะโดย:
- การวัดที่แน่นอนของอัตราการไหลคงที่.
- การวัดปริมาณความร้อนที่ถูกต้องในของเหลวผ่านฮีตเตอร์.
- การวัดที่แม่นยำของการเพิ่มอุณหภูมิในก๊าซที่เกิดจากการป้อนพลังงาน
- การออกแบบเพื่อวัดความจุของก๊าซภายใต้ความกดดัน.
เครื่องวัดความร้อนสำหรับการสแกนค่าความร้อน
มันมีลักษณะโดยมีสองตู้คอนเทนเนอร์: ในตัวอย่างหนึ่งที่จะทำการศึกษาจะถูกวางไว้ในขณะที่ภาชนะอื่น ๆ จะว่างเปล่าหรือใช้วัสดุอ้างอิง.
เรือสองลำถูกทำให้ร้อนที่ความเร็วพลังงานคงที่โดยใช้เครื่องทำความร้อนอิสระสองเครื่อง เมื่อความร้อนของภาชนะทั้งสองเริ่มต้นขึ้นคอมพิวเตอร์จะทำกราฟความแตกต่างของการไหลของความร้อนของเครื่องทำความร้อนเทียบกับอุณหภูมิจึงสามารถกำหนดการไหลของความร้อนได้.
นอกจากนี้ยังสามารถกำหนดรูปแบบของอุณหภูมิที่เป็นฟังก์ชันของเวลาได้ และในที่สุดความจุแคลอรี่.
การใช้งาน
ในวิชาเคมีฟิสิกส์
-แคลอรี่พื้นฐานประเภทถ้วยกาแฟอนุญาตให้วัดปริมาณความร้อนที่ร่างกายปล่อยหรือดูดซับ พวกเขาสามารถระบุได้ว่าปฏิกิริยานั้นเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนหรือความร้อน นอกจากนี้ความร้อนจำเพาะของร่างกายสามารถกำหนดได้.
-ด้วย adiabatic calorimeter คุณสามารถกำหนดเอนโทรปีของกระบวนการทางเคมีและความหนาแน่นทางอิเล็กทรอนิกส์ของสถานะ.
ในระบบชีวภาพ
-Microcalorimeter ถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาระบบชีวภาพที่รวมถึงการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลเช่นเดียวกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโมเลกุลที่เกิดขึ้น ตัวอย่างเช่นในการตีแผ่ของโมเลกุล บรรทัดนี้มีทั้งการสแกนต่างกันและการไตเตรทแบบ isothermal.
-ไมโครคาลอมิเตอร์นั้นใช้ในการพัฒนายาสำหรับโมเลกุลขนาดเล็กชีวบำบัดและวัคซีน.
ปั๊มความร้อนด้วยออกซิเจนและพลังงานความร้อน
การเผาไหม้ของสารต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นในเครื่องวัดความร้อนของออกซิเจนและสามารถกำหนดพลังงานความร้อนได้ ในบรรดาสารที่ศึกษาผ่านการใช้เครื่องวัดความร้อนนี้คือถ่านหินและถ่านโค้ก น้ำมันที่บริโภคได้ทั้งหนักและเบา น้ำมันเบนซินและเชื้อเพลิงทั้งหมด.
เช่นเดียวกับชนิดของเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์อากาศยาน; ขยะเชื้อเพลิงและการกำจัดของเสีย ผลิตภัณฑ์อาหารและอาหารเสริมสำหรับโภชนาการมนุษย์ พืชอาหารสัตว์และอาหารเสริมสำหรับอาหารสัตว์ วัสดุก่อสร้าง จรวดและเชื้อเพลิงจรวด.
พลังงานความร้อนได้ถูกกำหนดโดยความร้อนในการศึกษาทางอุณหพลศาสตร์ของวัสดุที่ติดไฟได้; ในการศึกษาสมดุลพลังงานในระบบนิเวศ ในวัตถุระเบิดและผงความร้อนและในการสอนวิธีการทางอุณหพลศาสตร์ขั้นพื้นฐาน.
การอ้างอิง
- Whitten, Davis, Peck & Stanley เคมี (8th ed.) CENGAGE การเรียนรู้.
- González J. , Cortés L. & Sánchez A. (s.f. ) Adiabatic Calorimetry และการประยุกต์ กู้คืนจาก: cenam.mx
- วิกิพีเดีย (2018) เครื่องวัดความร้อน สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 มิถุนายน 2018) คำจำกัดความของความร้อนในวิชาเคมี ดึงมาจาก: thoughtco.com
- กิลเลสปีแคลร์ (11 เมษายน 2018) Calorimeter ทำงานอย่างไร? Sciencing สืบค้นจาก: sciencing.com