- ประวัติของแคลอริมิเตอร์
- อะไหล่
- ประเภทและลักษณะของมัน
- ถ้วยกาแฟ
- ระเบิดความร้อน
- แคลอริมิเตอร์อะเดียแบติก
- เครื่องวัดความร้อนไอโซเพอริโบล
- เครื่องวัดปริมาณการไหล
- แคลอริมิเตอร์สำหรับการวัดความร้อนแบบสแกนดิฟเฟอเรนเชียล
- การประยุกต์ใช้งาน
- ในวิชาฟิสิกส์เคมี
- ในระบบชีวภาพ
- เครื่องวัดปริมาณออกซิเจนในปั๊มออกซิเจนและพลังงานแคลอรี่
- อ้างอิง
ร้อนเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการวัดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของปริมาณของสาร (ปกติน้ำ) ที่เฉพาะเจาะจงของความร้อนที่รู้จักกัน การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมินี้เกิดจากความร้อนที่ดูดซับหรือปล่อยออกมาในกระบวนการที่กำลังศึกษา เคมีถ้าเป็นปฏิกิริยาหรือทางกายภาพหากประกอบด้วยเฟสหรือการเปลี่ยนแปลงสถานะ
ในห้องปฏิบัติการเครื่องวัดความร้อนที่ง่ายที่สุดที่สามารถพบได้คือแก้วกาแฟ ใช้ในการวัดความร้อนที่ดูดซับหรือปล่อยออกมาในปฏิกิริยาที่ความดันคงที่ในสารละลายในน้ำ ปฏิกิริยาถูกเลือกเพื่อหลีกเลี่ยงการแทรกแซงของรีเอเจนต์หรือผลิตภัณฑ์ที่เป็นก๊าซ
ที่มา: โดย Ichwarsnur จาก Wikimedia Commons ในปฏิกิริยาคายความร้อนปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาสามารถคำนวณได้จากการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของแคลอริมิเตอร์และสารละลายในน้ำ:
ปริมาณความร้อนที่ได้รับจากปฏิกิริยา = ปริมาณความร้อนที่แคลอริมิเตอร์ดูดซับ + ปริมาณความร้อนที่สารละลายดูดซับ
ปริมาณความร้อนที่แคลอริมิเตอร์ดูดซับเรียกว่าความจุความร้อนของแคลอริมิเตอร์ สิ่งนี้ถูกกำหนดโดยการให้ปริมาณความร้อนที่ทราบไปยังเครื่องวัดความร้อนด้วยมวลน้ำที่กำหนด จากนั้นจึงวัดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของแคลอริมิเตอร์และสารละลายที่บรรจุอยู่
ด้วยข้อมูลเหล่านี้และการใช้ความร้อนจำเพาะของน้ำ (4.18 J / g.ºC) สามารถคำนวณความจุแคลอรี่ของแคลอรี่มิเตอร์ได้ ความจุนี้เรียกอีกอย่างว่าค่าคงที่ของแคลอริมิเตอร์
ในทางกลับกันความร้อนที่ได้รับจากสารละลายจะเท่ากับ m · ce ·Δt ในสูตร m = มวลของน้ำ ce = ความร้อนจำเพาะของน้ำและΔt = การแปรผันของอุณหภูมิ เมื่อรู้ทั้งหมดนี้แล้วเราสามารถคำนวณปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาคายความร้อนได้
ประวัติของแคลอริมิเตอร์
ในปี 1780 AL Lavoisier นักเคมีชาวฝรั่งเศสซึ่งถือว่าเป็นบรรพบุรุษของเคมีคนหนึ่งใช้หนูตะเภาในการวัดการผลิตความร้อนโดยการหายใจ
อย่างไร? ใช้อุปกรณ์ที่คล้ายกับแคลอริมิเตอร์ ความร้อนที่เกิดจากหนูตะเภาเป็นหลักฐานจากหิมะละลายที่ล้อมรอบอุปกรณ์
นักวิจัย A.L Lavoisier (1743-1794) และ PS Laplace (1749-1827) ได้ออกแบบเครื่องวัดความร้อนที่ใช้วัดความร้อนจำเพาะของร่างกายโดยวิธีการละลายน้ำแข็ง
แคลอริมิเตอร์ประกอบด้วยถ้วยดีบุกเคลือบเงาทรงกระบอกรองรับด้วยขาตั้งกล้องและปิดท้ายด้วยกรวย ข้างในมีแก้วอีกใบวางไว้คล้ายกับแก้วก่อนหน้านี้โดยมีท่อที่ผ่านห้องด้านนอกและมีกุญแจ ภายในแก้วใบที่สองมีชั้นวาง
สิ่งมีชีวิตหรือวัตถุที่ต้องการกำหนดความร้อนจำเพาะถูกวางไว้บนกริดนี้ น้ำแข็งถูกวางไว้ในแก้วศูนย์กลางเช่นเดียวกับในตะกร้า
ความร้อนที่เกิดจากร่างกายถูกดูดซับโดยน้ำแข็งทำให้มันละลาย และผลิตภัณฑ์น้ำเหลวจากการละลายของน้ำแข็งถูกรวบรวมโดยเปิดกุญแจแก้วภายใน
และในที่สุดเมื่อน้ำมีน้ำหนักมากจึงทราบมวลของน้ำแข็งที่หลอมละลาย
อะไหล่
แคลอริมิเตอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในห้องปฏิบัติการสอนเคมีคือแคลอริมิเตอร์ถ้วยกาแฟ แคลอริมิเตอร์นี้ประกอบด้วยบีกเกอร์หรือแทนที่จะเป็นภาชนะบรรจุวัสดุอะนิเมะที่มีคุณสมบัติเป็นฉนวน ภายในภาชนะบรรจุสารละลายที่เป็นน้ำจะถูกวางไว้กับร่างกายที่จะผลิตหรือดูดซับความร้อน
ฝาที่ทำจากวัสดุฉนวนที่มีรูสองรูวางอยู่ที่ส่วนบนของภาชนะ ในหนึ่งเทอร์โมมิเตอร์จะถูกใส่เข้าไปเพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและในอีกอันหนึ่งเครื่องกวนควรทำจากวัสดุแก้วซึ่งทำหน้าที่ในการเคลื่อนย้ายเนื้อหาของสารละลายในน้ำ
ภาพแสดงชิ้นส่วนของแคลอริมิเตอร์ระเบิด อย่างไรก็ตามจะเห็นได้ว่ามีเทอร์โมมิเตอร์และเครื่องกวนซึ่งเป็นองค์ประกอบทั่วไปในแคลอรี่มิเตอร์หลายตัว
ประเภทและลักษณะของมัน
ถ้วยกาแฟ
เป็นสารที่ใช้ในการตรวจวัดความร้อนที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาคายความร้อนและความร้อนที่ดูดซับในปฏิกิริยาดูดความร้อน
นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในการกำหนดความร้อนจำเพาะของร่างกาย นั่นคือปริมาณความร้อนที่สารหนึ่งกรัมต้องการดูดซับเพื่อเพิ่มอุณหภูมิขึ้นหนึ่งองศาเซลเซียส .
ระเบิดความร้อน
เป็นอุปกรณ์ที่วัดปริมาณความร้อนที่ถูกปล่อยออกมาหรือถูกดูดซับในปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่
ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นในภาชนะเหล็กที่แข็งแรง (ปั๊ม) ซึ่งแช่อยู่ในน้ำปริมาณมาก ซึ่งจะช่วยให้อุณหภูมิของน้ำเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย ดังนั้นจึงสันนิษฐานได้ว่าการเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยานั้นวัดได้ที่ปริมาตรและอุณหภูมิคงที่
สิ่งนี้บ่งชี้ว่าไม่มีการดำเนินการใด ๆ เมื่อเกิดปฏิกิริยาในเครื่องวัดความร้อนด้วยระเบิด
ปฏิกิริยาเริ่มต้นโดยการจ่ายกระแสไฟฟ้าผ่านสายเคเบิลที่เชื่อมต่อกับปั๊ม
แคลอริมิเตอร์อะเดียแบติก
มีลักษณะเด่นคือมีโครงสร้างฉนวนที่เรียกว่าโล่ โล่ตั้งอยู่รอบ ๆ เซลล์ที่เกิดการเปลี่ยนแปลงความร้อนและอุณหภูมิ ในทำนองเดียวกันมีการเชื่อมต่อกับระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่รักษาอุณหภูมิให้ใกล้เคียงกับเซลล์มากจึงหลีกเลี่ยงการถ่ายเทความร้อน
ในเครื่องวัดความร้อนแบบอะเดียแบติกความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างแคลอริมิเตอร์และสภาพแวดล้อมจะลดลง รวมทั้งลดค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนและเวลาในการแลกเปลี่ยนความร้อนให้น้อยที่สุด
ชิ้นส่วนประกอบด้วยสิ่งต่อไปนี้:
- เซลล์ (หรือภาชนะ) รวมอยู่ในระบบฉนวนโดยพยายามหลีกเลี่ยงการสูญเสียความร้อน
- เทอร์โมมิเตอร์เพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
- เครื่องทำความร้อนเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ควบคุมได้
- และโล่ดังกล่าวแล้ว
ในแคลอริมิเตอร์ประเภทนี้สามารถกำหนดคุณสมบัติต่างๆเช่นเอนโทรปีอุณหภูมิเดอบายและความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสถานะได้
เครื่องวัดความร้อนไอโซเพอริโบล
เป็นอุปกรณ์ที่เซลล์ปฏิกิริยาและปั๊มแช่อยู่ในโครงสร้างที่เรียกว่าเสื้อสูบ ในกรณีนี้เสื้อที่เรียกว่าประกอบด้วยน้ำเก็บไว้ที่อุณหภูมิคงที่
อุณหภูมิของเซลล์และปั๊มจะสูงขึ้นเมื่อความร้อนถูกปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการเผาไหม้ แต่อุณหภูมิของเสื้อน้ำจะถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิคงที่
ไมโครโปรเซสเซอร์จะควบคุมอุณหภูมิของเซลล์และแจ็คเก็ตทำการแก้ไขที่จำเป็นสำหรับความร้อนที่รั่วไหลซึ่งเป็นผลมาจากความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิทั้งสอง
การแก้ไขเหล่านี้จะถูกนำไปใช้อย่างต่อเนื่องและด้วยการแก้ไขขั้นสุดท้ายโดยอาศัยการวัดก่อนและหลังการทดสอบ
เครื่องวัดปริมาณการไหล
พัฒนาโดย Caliendar มีอุปกรณ์สำหรับเคลื่อนย้ายก๊าซในภาชนะด้วยความเร็วคงที่ โดยการเพิ่มความร้อนจะวัดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในของเหลว
เครื่องวัดปริมาณการไหลมีลักษณะดังนี้:
- การวัดความเร็วของการไหลคงที่ที่แน่นอน
- การวัดปริมาณความร้อนที่ถูกต้องของของเหลวผ่านเครื่องทำความร้อน
- การวัดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างแม่นยำในก๊าซที่เกิดจากการป้อนพลังงาน
- การออกแบบเพื่อวัดความจุของก๊าซภายใต้ความกดดัน
แคลอริมิเตอร์สำหรับการวัดความร้อนแบบสแกนดิฟเฟอเรนเชียล
มีลักษณะเฉพาะคือมีภาชนะสองตู้: ในหนึ่งตัวอย่างที่จะศึกษาวางอยู่ในขณะที่อีกอันว่างเปล่าหรือใช้วัสดุอ้างอิง
เรือทั้งสองได้รับความร้อนด้วยอัตราพลังงานคงที่โดยใช้เครื่องทำความร้อนอิสระสองเครื่อง เมื่อภาชนะทั้งสองเริ่มร้อนขึ้นคอมพิวเตอร์จะลงจุดความแตกต่างของฟลักซ์ความร้อนของเครื่องทำความร้อนเทียบกับอุณหภูมิดังนั้นจึงกำหนดฟลักซ์ความร้อน
นอกจากนี้ยังสามารถกำหนดความแปรผันของอุณหภูมิตามฟังก์ชันของเวลาได้ และสุดท้ายคือความจุแคลอรี่
การประยุกต์ใช้งาน
ในวิชาฟิสิกส์เคมี
- เครื่องวัดความร้อนพื้นฐานประเภทถ้วยกาแฟอนุญาตให้วัดปริมาณความร้อนที่ร่างกายให้ออกหรือดูดซับ ในนั้นคุณสามารถระบุได้ว่าปฏิกิริยาคายความร้อนหรือดูดความร้อน นอกจากนี้ยังสามารถกำหนดความร้อนจำเพาะของร่างกายได้
- ด้วยเครื่องวัดความร้อนแบบอะเดียแบติกทำให้สามารถกำหนดเอนโทรปีของกระบวนการทางเคมีและความหนาแน่นทางอิเล็กทรอนิกส์ของสถานะได้
ในระบบชีวภาพ
-Microcalorimeter ใช้เพื่อศึกษาระบบทางชีววิทยาที่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลตลอดจนการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโมเลกุลที่เกิดขึ้น ตัวอย่างเช่นในการขยายโมเลกุล สายนี้มีทั้งการสแกนดิฟเฟอเรนเชียลและการไตเตรทแบบความร้อนใต้พิภพ
- ไมโครแคลอรีมิเตอร์ใช้ในการพัฒนายาโมเลกุลเล็กชีวบำบัดและวัคซีน
เครื่องวัดปริมาณออกซิเจนในปั๊มออกซิเจนและพลังงานแคลอรี่
ในเครื่องวัดปริมาณออกซิเจนระเบิดการเผาไหม้ของสารหลายชนิดเกิดขึ้นและสามารถกำหนดค่าแคลอรี่ได้ ในบรรดาสารที่ศึกษาผ่านการใช้เครื่องวัดความร้อนนี้ ได้แก่ ถ่านหินและโค้ก น้ำมันที่บริโภคได้ทั้งหนักและเบา น้ำมันเบนซินและเชื้อเพลิงมอเตอร์ทั้งหมด
เช่นเดียวกับประเภทของเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องบินไอพ่น เชื้อเพลิงขยะและการกำจัดของเสีย ผลิตภัณฑ์อาหารและอาหารเสริมเพื่อโภชนาการของมนุษย์ พืชอาหารสัตว์และอาหารเสริมสำหรับอาหารสัตว์ วัสดุก่อสร้าง เชื้อเพลิงจรวดและสารขับเคลื่อน
ในทำนองเดียวกันพลังงานแคลอรี่ถูกกำหนดโดยการวัดความร้อนในการศึกษาอุณหพลศาสตร์ของวัสดุที่ติดไฟได้ ในการศึกษาสมดุลของพลังงานในระบบนิเวศ ในวัตถุระเบิดและผงความร้อนและในการสอนวิธีการทางอุณหพลศาสตร์ขั้นพื้นฐาน
อ้างอิง
- Whitten, Davis, Peck & Stanley เคมี. (ฉบับที่ 8) CENGAGE การเรียนรู้
- González J. , Cortés L. & Sánchez A. (nd). การวัดความร้อนแบบอะเดียแบติกและการใช้งาน กู้คืนจาก: cenam.mx
- วิกิพีเดีย (2018) เครื่องวัดความร้อน สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 มิถุนายน 2561). นิยามแคลอริมิเตอร์ในวิชาเคมี ดึงมาจาก: thoughtco.com
- Gillespie, แคลร์ (11 เมษายน 2561). Calorimeter ทำงานอย่างไร? Sciencing ดึงมาจาก: sciencing.com