Sådan fungerer et kalorimeter:Måling af varme i daglige eksperimenter

Af Claire Gillespie
Opdateret 30. august 2022

Анатолий Тушенцов/iStock/GettyImages

Et kalorimeter kan lyde som en højteknologisk gadget, men det er en ligetil varmemåler, der kan bygges derhjemme med to kaffekopper. Det bruges ofte i skolevidenskabelige projekter og kvantificerer den energi, der udveksles i kemiske eller fysiske processer, såsom varmeoverførsel eller et stofs specifikke varme.

TL;DR

Varme får en væskes temperatur til at stige eller falde. Ved at registrere væskens masse og den resulterende temperaturændring, beregner et kalorimeter den opnåede eller tabte energi.

Komponenter af et kalorimeter

Et grundlæggende kalorimeter består af to kar:en ydre beholder og en indlejret indre beholder. Luften (eller skummet) mellem dem fungerer som en termisk isolator, der forhindrer varmeudveksling med det ydre miljø. Kalorimetre af laboratoriekvalitet har ofte en fiberring, der holder den indre beholder centreret, et termometer til at måle temperaturen og en omrører til at fordele varmen jævnt. En hjemmelavet "kaffekop"-version er enklere, men mindre præcis på grund af større varmetab til omgivelserne.

Måling af varmeoverførsel

Når en eksoterm reaktion frigiver energi, stiger opløsningens temperatur; en endoterm reaktion absorberer energi, hvilket får temperaturen til at falde. Ved at måle temperaturskiftet sammen med opløsningens specifikke varme og masse kan du beregne reaktionens varmeændring. For eksempel, indsættelse af en varm kobberstang i koldt vand i et kalorimeter får varme til at strømme fra kobberet til vandet, indtil begge når den samme temperatur (termisk ligevægt). Ingen varme forlader systemet, så al overførsel sker internt.

Måling af specifik varme

Specifik varme er den mængde energi, der skal til for at hæve 1g af et stof med 1°C. Det varierer mellem materialer - for eksempel er vands specifikke varme 1,00 cal/g·°C. For at bestemme et ukendt metals specifikke varme skal du opvarme metallet og derefter nedsænke det i vand inde i den indre beholder. Registrer den endelige ligevægtstemperatur. Beregn den varme, der absorberes af vandet (masse×specifik varme×ΔT) og den varme tabt af metallet (masse×ΔT). At dividere vandets varme med metallets giver metallets specifikke varme.