Hvordan fungerer et kalorimeter?

Et kalorimeter lyder måske som et smukt videnskabsudstyr, men det er faktisk en meget enkel varmemåleenhed, som du kan lave derhjemme ved hjælp af to kaffekopper. Ofte brugt i videnskabsprojekteksperimenter, måler den mængden af varme, der er involveret i en kemisk eller fysisk proces, såsom varmeoverførsel eller specifik varme af et stof.

TL; DR (for lang; ikke læst)

Væskets temperatur ændres, når den vinder eller mister energi. Et kalorimeter måler væskemassen og væskens temperaturændring for at bestemme den mængde energi, der er opnået eller mistet af væsken.
Komponenter i et kalorimeter

Et kalorimeter har to kar: et ydre kar og et indre kar. Luften mellem de to kar fungerer som en varmeisolator, hvilket betyder, at der ikke er nogen (eller minimal) varmeudveksling mellem hvad der er inde i det indre kar og det ydre miljø. Kalorimetre anvendt i videnskabslaboratorier har en fiberring lavet af isolerende materiale til at holde det indre kar i midten af det ydre kar. De inkluderer et termometer til måling af temperaturen på væsken i det indre kar og en omrører til at omrøre væsken og fordele varme gennem karret. Det er nemt at fremstille et kalorimeter derhjemme med polystyrenkopper, et låg, et termometer og en omrører. Imidlertid tillader et "kaffekop" -kalorimeter mere varmeudveksling med omgivelserne og giver mindre nøjagtige resultater.
Måling af varmeoverførsel

Hvis der sker en eksoterm reaktion (en kemisk reaktion, der frigiver energi ved lys eller varme) i en opløsning i et kalorimeter bruger opløsningen varme, der hæver dens temperatur. Hvis der sker en endoterm reaktion (en reaktion, der absorberer energi fra omgivelserne), mister opløsningen varme, hvilket sænker temperaturen. Forskellen i temperatur sammen med den specifikke varme og masse af opløsningen giver dig mulighed for at finde ud af, hvor meget varme reaktionen bruger. Hvis du for eksempel anbringer et varmt stykke kobber i en kølig mængde vand inden for et kalorimeter, vil der strømme varme fra kobber til vandet. Kobberets temperatur falder, og vandets temperatur stiger, indtil de har den samme temperatur (termisk ligevægt). Du får ikke eller mister varme under processen, fordi kalorimeteret tillader al varmeoverførsel at finde sted mellem de to stoffer.
Måling af specifik varme -

Specifik varme er den mængde energi, der er nødvendig for at producere en temperaturændring på 1 grad Celsius pr. gram stof, og det varierer mellem stoffer. For eksempel er den specifikke vandvarme 1,00 kalorie /gram grader Celsius. For at bestemme den specifikke varme for et ukendt metal, skal du placere et opvarmet stykke af metallet i vand i det indre kar på kalorimeteret. Når du har målt den endelige temperatur på både metallet og vandet, såsom den højeste temperatur, der er nået med vandet, kan du beregne metodens specifikke varme. Multipliser først massen af vand med den specifikke vandvarme med temperaturændringen i vandet, gang derefter massen af metal med temperaturændringen af metal. Del dit første svar med dit andet svar for at bestemme metodens specifikke varme.