Lịch sử nhiệt lượng kế, các bộ phận, loại và đặc điểm của chúng

các nhiệt lượng kế là một thiết bị được sử dụng để đo sự thay đổi nhiệt độ của một lượng chất (thường là nước) của nhiệt dung riêng đã biết. Sự thay đổi nhiệt độ này là do nhiệt hấp thụ hoặc giải phóng trong quá trình đang nghiên cứu; hóa chất nếu đó là một phản ứng, hoặc vật lý nếu nó bao gồm một sự thay đổi pha hoặc trạng thái.

Trong phòng thí nghiệm, nhiệt lượng kế đơn giản nhất có thể được tìm thấy là cốc cà phê. Nó được sử dụng để đo nhiệt hấp thụ hoặc giải phóng trong phản ứng ở áp suất không đổi, trong dung dịch nước. Các phản ứng được chọn để tránh sự can thiệp của thuốc thử hoặc sản phẩm khí.

Trong phản ứng tỏa nhiệt, lượng nhiệt được giải phóng có thể được tính từ sự tăng nhiệt độ của nhiệt lượng kế và dung dịch nước:

Lượng nhiệt được giải phóng trong phản ứng = lượng nhiệt được hấp thụ bởi nhiệt lượng kế + lượng nhiệt được hấp thụ bởi dung dịch

Lượng nhiệt được hấp thụ bởi nhiệt lượng kế được gọi là công suất nhiệt lượng kế. Điều này được xác định bằng cách cung cấp một lượng nhiệt đã biết đến nhiệt lượng kế với một khối lượng nước nhất định. Sau đó, đo nhiệt độ của nhiệt lượng kế và dung dịch chứa trong đó.

Với những dữ liệu này và việc sử dụng nhiệt dung riêng của nước (4,18 J / g.ºC), có thể tính được công suất calo của nhiệt lượng kế. Công suất này còn được gọi là hằng số nhiệt lượng kế.

Mặt khác, nhiệt thu được từ dung dịch nước bằng với m · ce · Δt. Trong công thức m = khối lượng của nước, ce = nhiệt dung riêng của nước và Δt = độ biến thiên của nhiệt độ. Biết tất cả những điều này, người ta có thể tính được lượng nhiệt thoát ra từ phản ứng tỏa nhiệt.

Chỉ số

• 1 Lịch sử của nhiệt lượng kế
• 2 phần
• 3 loại và đặc điểm của chúng
  • 3.1 Ly cà phê
  • 3.2 Bơm nhiệt lượng kế
  • 3.3 Nhiệt lượng kế
  • 3.4 Nhiệt lượng kế isoperibolic
  • 3.5 Nhiệt lượng kế
  • 3.6 Nhiệt lượng kế để đo nhiệt lượng quét vi sai
• 4 ứng dụng
  • 4.1 Trong hóa lý
  • 4.2 Trong hệ thống sinh học
  • 4.3 Nhiệt lượng kế của bơm oxy và năng lượng calo
• 5 tài liệu tham khảo

Lịch sử của nhiệt lượng kế

Năm 1780, A. L. Lavoisier, nhà hóa học người Pháp, được coi là một trong những người cha của hóa học, đã sử dụng một con chuột lang để đo nhiệt lượng bằng hơi thở của mình.

Thế nào? Sử dụng một thiết bị tương tự như nhiệt lượng kế. Nhiệt do lợn guinea tạo ra được chứng minh bằng sự tan chảy của tuyết bao quanh bộ máy.

Các nhà nghiên cứu A. L Lavoisier (1743-1794) và P. S. Laplace (1749-1827) đã thiết kế một nhiệt lượng kế được sử dụng để đo nhiệt dung riêng của cơ thể bằng phương pháp làm tan băng.

Nhiệt lượng kế bao gồm một cốc hình trụ mạ thiếc, được đánh vecni, được giữ bằng chân máy và kết thúc bên trong bằng một cái phễu. Bên trong, một chiếc kính khác được đặt, tương tự như cái trước đó, với một ống đi qua khoang bên ngoài và được cung cấp một chìa khóa. Bên trong tấm kính thứ hai là một tấm lưới.

Trong lưới này được đặt vật thể hoặc vật thể có nhiệt lượng riêng mong muốn xác định. Nước đá được đặt bên trong các tàu đồng tâm, giống như trong giỏ.

Nhiệt do cơ thể tạo ra đã được băng hấp thụ, gây ra sự hợp nhất của nó. Và sản phẩm nước lỏng của băng tan được thu thập, mở chìa khóa của kính bên trong.

Và cuối cùng, cân nước, khối lượng của băng nóng chảy đã được biết đến.

Bộ phận

Nhiệt lượng kế được sử dụng phổ biến nhất trong các phòng thí nghiệm giảng dạy hóa học là cái gọi là nhiệt lượng kế cốc cà phê. Nhiệt lượng kế này bao gồm một cốc thủy tinh, hoặc thay vào đó, một thùng chứa vật liệu anime có đặc tính cách điện nhất định. Bên trong thùng chứa này, dung dịch nước được đặt với cơ thể sẽ tạo ra hoặc hấp thụ nhiệt.

Ở phần trên của hộp chứa một vật liệu cách điện có hai lỗ được đặt. Trong một nhiệt kế được giới thiệu để đo sự thay đổi nhiệt độ, và mặt khác, máy khuấy, tốt nhất là vật liệu thủy tinh, thực hiện chức năng di chuyển nội dung của dung dịch nước.

Hình ảnh cho thấy các bộ phận của bơm nhiệt lượng kế; tuy nhiên, có thể thấy rằng nó có nhiệt kế và máy khuấy, các yếu tố phổ biến trong vài nhiệt lượng kế.

Các loại và đặc điểm của chúng

Ly cà phê

Nó được sử dụng để xác định nhiệt thoát ra từ phản ứng tỏa nhiệt và nhiệt được hấp thụ trong phản ứng nhiệt.

Ngoài ra, nó có thể được sử dụng trong việc xác định nhiệt dung riêng của cơ thể; nghĩa là, lượng nhiệt mà một gam chất cần phải hấp thụ để tăng nhiệt độ của nó thêm một độ C.  .

Bơm nhiệt lượng kế

Nó là một thiết bị trong đó lượng nhiệt được giải phóng hoặc hấp thụ trong một phản ứng xảy ra ở thể tích không đổi được đo.

Phản ứng diễn ra trong một tàu thép mạnh (máy bơm), được ngâm trong một khối lượng nước lớn. Điều này làm cho những thay đổi trong nhiệt độ nước nhỏ. Do đó, người ta cho rằng những thay đổi liên quan đến phản ứng được đo ở nhiệt độ và thể tích không đổi.

Những điều trên chỉ ra rằng không có công việc nào được thực hiện khi phản ứng được thực hiện trong bơm nhiệt lượng kế.

Phản ứng bắt đầu bằng cách cung cấp điện thông qua cáp kết nối với máy bơm.

Nhiệt lượng kế

Nó được đặc trưng bởi có một cấu trúc cách điện gọi là lá chắn. Tấm chắn được đặt xung quanh tế bào nơi xảy ra thay đổi nhiệt và nhiệt độ. Nó cũng được kết nối với một hệ thống điện tử duy trì nhiệt độ rất gần với tế bào, để tránh truyền nhiệt.

Trong một nhiệt lượng kế đáng tin cậy, sự chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt lượng kế và môi trường xung quanh được giảm thiểu; cũng như giảm thiểu hệ số truyền nhiệt và thời gian trao đổi nhiệt.

Các bộ phận của nó bao gồm:

-Các tế bào (hoặc thùng chứa), được tích hợp vào một hệ thống cách nhiệt mà nó được cố gắng để tránh mất nhiệt.

-Nhiệt kế, để đo sự thay đổi nhiệt độ.

-Một lò sưởi, kết nối với một nguồn điện áp có thể kiểm soát.

-Và cái khiên, đã được đề cập.

Trong loại nhiệt lượng kế này, các thuộc tính như entropy, nhiệt độ Debye và mật độ trạng thái điện tử có thể được xác định.

Nhiệt lượng kế isoperibolic

Nó là một thiết bị trong đó tế bào phản ứng và bơm được ngâm trong một cấu trúc gọi là áo khoác. Trong trường hợp này, cái gọi là áo khoác bao gồm nước, được giữ ở nhiệt độ không đổi.

Nhiệt độ của tế bào và bơm tăng lên khi nhiệt được giải phóng trong quá trình đốt cháy; nhưng nhiệt độ của áo nước được duy trì ở nhiệt độ cố định.

Một bộ vi xử lý kiểm soát nhiệt độ của tế bào và áo khoác, thực hiện các hiệu chỉnh cần thiết của nhiệt rò rỉ do sự khác biệt giữa hai nhiệt độ.

Những hiệu chỉnh này được áp dụng liên tục và với lần hiệu chỉnh cuối cùng, dựa trên các phép đo trước và sau khi thử.

Nhiệt lượng kế

Được phát triển bởi Caliendar, nó có một thiết bị để di chuyển khí trong bình chứa với tốc độ không đổi. Khi thêm nhiệt, sự gia tăng nhiệt độ trong chất lỏng được đo.

Nhiệt lượng kế được đặc trưng bởi:

- Một phép đo chính xác của tốc độ dòng không đổi.

- Đo chính xác lượng nhiệt đưa vào chất lỏng thông qua lò sưởi.

- Một phép đo chính xác về sự gia tăng nhiệt độ trong khí gây ra bởi đầu vào năng lượng

- Một thiết kế để đo công suất của khí dưới áp suất.

Nhiệt lượng kế cho phép đo nhiệt lượng quét vi sai

Nó được đặc trưng bởi có hai thùng chứa: trong một mẫu được nghiên cứu được đặt, trong khi mẫu kia được giữ trống hoặc sử dụng tài liệu tham khảo.

Hai tàu được làm nóng ở tốc độ năng lượng không đổi, bằng hai lò sưởi độc lập. Khi quá trình gia nhiệt của hai bình chứa bắt đầu, máy tính sẽ vẽ biểu đồ chênh lệch lưu lượng nhiệt của máy sưởi so với nhiệt độ, do đó có thể xác định lưu lượng nhiệt.

Ngoài ra, sự thay đổi của nhiệt độ như là một hàm của thời gian có thể được xác định; và cuối cùng, năng lực calo.

Ứng dụng

Trong hóa lý

-Các nhiệt lượng kế cơ bản, loại cốc cà phê, cho phép đo lượng nhiệt mà cơ thể giải phóng hoặc hấp thụ. Họ có thể xác định xem một phản ứng tỏa nhiệt hay phản ứng nhiệt. Ngoài ra, nhiệt độ riêng của cơ thể có thể được xác định.

-Với nhiệt lượng kế đáng tin cậy, người ta có thể xác định entropy của một quá trình hóa học và mật độ điện tử của trạng thái.

Trong hệ thống sinh học

-Các vi lượng kế được sử dụng để nghiên cứu các hệ thống sinh học bao gồm sự tương tác giữa các phân tử, cũng như những thay đổi về hình dạng phân tử xảy ra; ví dụ, trong sự mở ra của một phân tử. Dòng này bao gồm cả quét vi sai và chuẩn độ đẳng nhiệt.

-Máy đo vi lượng được sử dụng trong việc phát triển các loại thuốc của các phân tử nhỏ, vật liệu sinh học và vắc-xin.

Nhiệt lượng kế bơm oxy và năng lượng nhiệt

Sự đốt cháy của nhiều chất xảy ra trong nhiệt lượng kế bơm oxy, và sức mạnh nhiệt lượng của nó có thể được xác định. Trong số các chất được nghiên cứu thông qua việc sử dụng nhiệt lượng kế này là: than và than cốc; dầu ăn, cả nặng và nhẹ; xăng và nhiên liệu động cơ.

Cũng như các loại nhiên liệu cho lò phản ứng máy bay; chất thải nhiên liệu và xử lý chất thải; sản phẩm thực phẩm và bổ sung dinh dưỡng cho con người; cây trồng thức ăn gia súc và bổ sung cho thức ăn chăn nuôi; vật liệu xây dựng; nhiên liệu tên lửa và nhiên liệu đẩy.

Tương tự như vậy, năng lượng nhiệt đã được xác định bằng phép đo nhiệt lượng trong các nghiên cứu nhiệt động lực học của vật liệu dễ cháy; trong nghiên cứu cân bằng năng lượng trong sinh thái học; trong chất nổ và bột nhiệt và trong giảng dạy các phương pháp nhiệt động cơ bản.

Tài liệu tham khảo

1. Whites, Davis, Peck & Stanley. Hóa học (Tái bản lần thứ 8). Học tập.
2. González J., Cortés L. & Sánchez A. (s.f.). Nhiệt lượng kế và ứng dụng của nó. Phục hồi từ: cenam.mx
3. Wikipedia. (2018). Nhiệt lượng kế. Lấy từ: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Tiến sĩ (Ngày 22 tháng 6 năm 2018). Định nghĩa nhiệt lượng kế trong hóa học. Lấy từ: thinkco.com
5. Cô dâu, Claire. (Ngày 11 tháng 4 năm 2018). Làm thế nào để một nhiệt lượng kế hoạt động? Kinh dị. Lấy từ: sciences.com