Меню

Оборудование для измерения теплоемкости калориметр



Оборудование для измерения теплоемкости калориметр

Для сравнения теплоемкостей разных тел пользуются калориметром. Калориметр представляет собой металлический сосуд с крышкой, имеющий форму стакана. Сосуд ставят на пробки, помещенные в другой, больший сосуд так, что между обоими сосудами остается слой воздуха (рис. 367). Все эти предосторожности уменьшают отдачу теплоты окружающим телам.

Рис. 367. Калориметр

Сосуд наполняют известным количеством воды, температура которой до опыта измеряется (пусть она равна ). Затем берут тело, теплоемкость которого хотят измерить, и нагревают до известной температуры (например, помещают в пары кипящей воды, так что температура ). Нагретое тело опускают в воду калориметра, закрывают крышку и, помешивая мешалкой, ждут, пока температура в калориметре установится (это будет, когда вода и тело примут одинаковую температуру). Тогда отмечают эту температуру .

Из результатов опытов можно найти удельную теплоемкость тела , пользуясь тем, что уменьшение энергии охлаждающегося тела равно увеличению энергии нагревающейся при этом воды и калориметра, т. е. применяя закон сохранения энергии.

При не очень точных измерениях можно считать, что вода калориметра, сам калориметр, мешалка и тело, теплоемкость которого измеряется, за время опыта не успеют отдать заметное количество теплоты окружающим телам.

(При более точных измерениях надо внести соответственные поправки.) Поэтому суммы энергий тела, воды, калориметра и мешалки до и после опыта можно считать одинаковыми. Иначе говоря, энергия тела уменьшается при опыте настолько, насколько увеличивается энергия воды, калориметра и мешалки. Температура тела понижается на . Так как никакой работы внутри калориметра не производится, то убыль энергии тела равна , где — удельная теплоемкость вещества тела, — масса тела.

Вода нагревается на и приращение ее энергии равно , где — удельная теплоемкость воды, — масса воды в калориметре. Предположим, что калориметр и мешалка сделаны из одного материала и общая их масса равна , а удельная теплоемкость их материала равна . Энергия калориметра и мешалки получит приращение, равное . Энергией, необходимой для нагревания термометра, можно пренебречь, так как она обычно невелика. Приравнивая убыль энергии тела приращению энергии воды, калориметра и мешалки, получим

Это равенство часто называют уравнением теплового баланса. Разрешая его относительно , находим

Таким образом, измерив найдем удельную теплоемкость исследуемого тела , если известны удельные теплоемкости воды и материала калориметра . Удельная теплоемкость воды может быть принята равной (§ 208). Удельную теплоемкость материала калориметра нужно определить отдельно: например, путем наблюдения теплового баланса при опускании в калориметр тела, сделанного из того же материала, что и стенки калориметра (т. е. сделав ). Определив раз навсегда удельную теплоемкость материала калориметра , мы сможем делать все дальнейшие определения, используя полученное соотношение.

Удельная теплоемкость ряда веществ приведена в табл. 5. В тех случаях, когда температура не указана, значения удельной теплоемкости даны для комнатной температуры. В таблице показано на примере воды, меди и свинца, что удельная теплоемкость зависит от температуры. У твердых тел при повышении температуры она увеличивается. При очень низких температурах удельная теплоемкость всех тел быстро падает. Следует обратить внимание на очень большую по сравнению с другими веществами удельную теплоемкость воды. Заслуживает внимания также то, что удельная теплоемкость льда вдвое меньше теплоемкости воды. У других веществ теплоемкости в твердом и жидком состояниях также резко отличаются друг от друга.

Таблица 5. Удельная теплоемкость некоторых веществ

Источник

Классификация калориметров

Классификация калориметров может быть самой различной.

Примером классификации по виду измеряемой величины являются калориметры для определения энергии космических частиц (ионизационные), калориметры для измерения энергии рентгеновского и радиоактивного излучения, калориметры для измерения энтальпий химических реакций, калориметры для измерения теплоемкости и теплот фазовых переходов.

В рамках другой классификации калориметры делят на две основные группы: одна — по имени конструктора калориметра, другая — по методу измерения теплоты. Калориметры Бунзена, Кальве — пример одной группы, изотермические и неизотермические — пример другой группы.

В основу современной классификации калориметров положены три признака: метод измерения, режим измерения, принцип конструкции прибора. Среди методов измерения для классификации выделяют следующие: компенсация фазовым переходом, компенсация термоэлектрическим эффектом, измерение разности температур, измерение локальной разности температур. Среди режимов измерений с этой же целью выделяют: изотермический ( и постоянны), изопериболический ( = const, а ), адиабатический ( ), сканирующий ( ). По принципу конструкции выделяют калориметры с одной калориметрической системой или с двумя.

Однако даже такая многопараметрическая классификация не исчерпывает всего многообразия конструкций калориметров. В ней не нашел отражения, например, такой признак, как способ осуществления взаимодействия компонентов: дискретная их подача или непрерывная. Примером последней являются проточные калориметры.

Читайте также:  Обслуживание и ремонт оборудования для азс

Именно наблюдаемое изменение системы послужило для деления калориметров на изотермические и неизотермические. Если в неизотермических калориметрах измеряемой величиной является изменение температуры, то в изотермических количество калориметрического вещества, претерпевшего фазовый переход, или мощность электрического тока, затраченная на компенсацию теплового эффекта.

Развитие калориметрии — это цепь изобретений, сделанных учеными. Современный этап калориметрии характеризуется тем, что на смену уникальным лабораторным калориметрам приходят серийно выпускаемые, не уступающие по точности лучшим лабораторным образцам, реализующие многие перечисленные ниже идеи.

Создание особого направления в калориметрии — микрокалориметрии — базируется на идеях, заложенных М. Тианом и Е. Кальве. Дифференциально — сканирующие калориметры самых различных конструкций — наиболее быстро развивающееся направление в калориметрическом приборостроении — пример использования метода непрерывного нагрева, предложенного С. Сайксом для измерения истинных теплоемкостей при высоких температурах.

За делением калориметров на изотермические и неизотермические скрывается их принципиальное отличие в способе передачи размера единицы измерения — джоуля. Все неизотермические калориметры требуют проведения такой метрологической процедуры, как градуировка. Изотермические калориметры, напротив, такой градуировки не требуют. Таким образом, с помощью изотермических калориметров производят абсолютные измерения тепловых эффектов, а с помощью неизотермических — относительные измерения.

Теплоемкость — физическая величина, характеризующая количество теплоты, которое вещество должно получить от окружающей среды при определенных условиях, чтобы его температура поднялась на один градус.

В зависимости от условий теплообмена различают теплоемкость при постоянном объеме ( ) и теплоемкость при постоянном давлении ( ). Теплоемкость веществ чаще всего выражается в виде удельной величины, отнесенной к единице массы — [Дж/(кг К)], к единице количества вещества — [Дж/(моль К)] или к единице объема — [Дж/(м 3 K].

Необходимость знания теплоемкости веществ определяется в первую очередь двумя важнейшими факторами: во-первых, из научной значимости, являясь ценнейшим источником информации при исследованиях в термодинамике, в физике твердого тела при исследованиях структуры веществ, сил взаимодействия, фазовых переходов, критических явлений и т.д.; во-вторых, из практической значимости, вытекающей из необходимости знаний этой физической величины наряду с другими во многих инженерных расчетах тепловых процессов и аппаратов современных технологий. При этом точность таких знаний во многом определяет рациональность выбранных конструкций, размеров, режимов работы и, в конечном счете, эффективность разработки в целом.

Впервые понятие теплоемкость было введено Дж. Блэком в 1760 г. и исторически развивалось неразрывно с понятиями теплота и калория.

Так как по определению , то из основного (1-го) начала термодинамики в зависимости от условий протекания процесса следует

Разница между изобарной и изохорной теплоемкостями определяет количество теплоты, пошедшее на работу и на изменение внутренней энергии системы , связанное с изменением объема. Для жидких и твердых тел эта разница обычно невелика, поэтому в технических расчетах ею часто пренебрегают, пользуясь без особых оговорок экспериментальными значениями изобарной теплоемкости. Определенная таким образом удельная теплоемкость в единицах энергии, (в которых мы определяем и количество теплоты), на градус температуры в избранной шкале. Следовательно, величина теплоемкости зависит от температурной шкалы.

При измерении теплоемкости твердых веществ и жидкостей, как правило, измеряют . Эксперименты по прямому измерению уникальны. Связано это с тепловым расширением исследуемого образца при его нагреве в процессе измерений. Из-за очень малой сжимаемости конденсированных сред практически невозможно изготовить измерительную ячейку, которая бы не деформировалась под воздействием возникающих при нагреве образца сил, т. е. обеспечить выполнение условия = const не удается. То, что коэффициенты теплового расширения твердых тел и жидкостей малы и при нагреве на несколько градусов объем образца увеличивается незначительно, не должно вводить в заблуждение. Здесь важна качественная сторона: какой из внешних параметров ( или ) поддерживается постоянным. При высоких температурах может отличаться от весьма значительно.

Строгое термодинамическое соотношение, связывающее и имеет вид

(22.4)

коэффициент теплового расширения,

(22.5)

Для 1 моля идеального газа, как вы помните,

(22.6)

= 8.314 Дж/моль К.

Основной вклад в теплоемкость твердых тел дают тепловые колебания кристаллической решетки. В гармоническом приближении (теория Дебая) при температурах выше некоторой характеристической температуры (температура Дебая), не зависит от температуры: = 3 R = const. Температура Дебая является индивидуальной характеристикой вещества. Значения некоторых веществ приведены в таблице 22.1.

При температуре близкой к (для большинства веществ это область комнатных или несколько больших температур, (см. таблицу ) что видно из таблицы. (Таким образом, вы всегда имеете возможность оценить теплоемкость твердого вещества при комнатной температуре, пользуясь только таблицей Менделеева).

Читайте также:  Медицинское оборудование лампы передвижные

Источник

Что такое калориметр в физике? Определение, использование

В этой статье мы ответим на вопрос: «Что такое калориметр?». Определим общую характеристику данного механизма, его принцип работы и области применения, функциональные возможности и измерительные величины. А также уделим внимание классификации и описанию некоторых конкретных видов.

Введение

Отвечая на вопрос о том, что такое калориметр, в общих чертах его можно охарактеризовать как прибор, посредством которого производится измерение количества тепла, что выделяется или поглощается в ходе протекания физических, химических или биологических процессов.

Ввести новую терминологическую единицу «калориметр» предложили в 1780 году П. Лаплас и А. Лавуазье. Подобное устройство также используется в ядерном разделе физики, изучающем элементарные частицы, а называется оно ионизационным калориметром. Однако функция этого прибора заключается в измерении энергетического потенциала частиц.

Современный механизм

Определение теплоемкости калориметром современного производства позволяет зафиксировать исследуемую величину с точностью от десяти и до одной сотой процента. Диапазон, в котором этот прибор может работать, колеблется от 0,1 до 3500 Кельвинов. Тип устройства калориметров очень разнообразен. Он может определяться характером процесса, который изучают, а также его длительностью. Еще одним важным параметром определения типа механизма является область температур, в которых происходят измерения, а также количество измеряемой величины теплоты.

Определение энергетического эквивалента калориметром может показать субъекту количество тела, что выделяется в ходе сгорания топливного ресурса. Сделать это можно благодаря выражению Q = C∆T, в котором С – показатель теплового (энергетического) эквивалента. Задать параметры определения путем калибровки прибора. Другая величина ∆T – функция известного выходящего сигнала калориметра.

Распределение по типам

Нельзя ответить на вопрос о том, что такое калориметр, не ознакомившись с его типами.

Одним из наиболее распространенных представителей таких аппаратов является калориметр-интегратор. Он предназначается для определения общей суммы количества тепла Q, которое выделяется в начале реакции и ее конце.

Еще одним широко известным калориметром является прибор для измерения мощности тепла, то есть скорости, с которой выделяется тепло – L. А также они могут делиться по конструкции механизма и измерительной методологии, подходу. Еще выделяют калориметры жидкостного и массивного типа. Также встречаются одинарные и дифференциальные устройства.

Источник

Оборудование для измерения теплоемкости калориметр

Измерение теплоемкостей тел проводится в калориметрах, наиболее простой из них (калориметр смешения) изображен на рисунке 2.3. Калориметрический сосуд В с водой (или иной жидкостью), снабженный термометром помещен в другой сосуд А, отделенный воздушной прослойкой Для улучшения теплоизоляции и предохранения от испарения жидкости используется крышка Калориметры характеризуются тепловым значением количеством теплоты, необходимым для нагревания калориметра (без жидкости), на Значение определяется экспериментально. Для определения, например, теплоемкости твердого тела его нагревают до

известной температуры и переносят в калориметр с жидкостью. Измерив после опыта общую для тела и калориметра температуру и зная начальные значения температуры, массы тела и жидкости, а также величину и удельную теплоемкость жидкости, можно найти теплоемкость твердого тела из уравнения теплового баланса (известного из курса средней школы). Таким же образом определяют теплоемкость жидкости при известной теплоемкости твердого тела. Впервые калориметрический метод определения теплоемксстей (метод смешения) был разработан в 1750 г. Г. В. Рихманом, сотрудником М. В. Ломоносова.

Результаты таких измерений весьма неточны из-за трудностей учета тепловых потерь, связанных с наличием теплопередачи между внутренними и внешними стенками калориметра.

Для устранения тепловых потерь в калориметрах можно центральную часть прибора, где производятся измерения (например, внутренний стакан, рис. 2.3), окружить оболочкой, не проводящей теплоты. Такие идеализированные оболочки называются адиабатическими. Казалось бы, что так как все среды в той или иной мере теплопроводящи, подобного калориметра создать нельзя. Но физики использовали очень остроумную идею для реализации адиабатической оболочки. Поскольку все калориметрические измерения сопровождаются изменением температуры центральной части прибора, то при синхронном (одновременном) изменении температуры внешней оболочки устройства на величину, при которой в каждый момент времени градиент температуры внутри прибора (между оболочками) равен нулю, потери теплоты центральной частью калориметра будут практически отсутствовать. Такой калориметр называется адиабатическим.

Схема устройства адиабатического калориметра изображена на рисунке 2.4. Здесь и съемные части внешней и внутренней оболочек прибора. Внутри оболочек вмонтированы электрические

сопротивления (на рисунке 2.4 точками обозначены сечения проводов), концы которых присоединены к клеммам Исследуемое тело помещают в полость внутренней части калориметра. При измерениях, пропуская ток по сопротивлению внутренней оболочки под напряжением повышают температуру исследуемой системы. При этом синхронно (обычно с помощью автоматических устройств) повышают температуру внешней оболочки действием электрического тока при напряжении и устраняют тем самым градиент температуры. Теплота, идущая на нагревание внутренней части калориметра (исследуемой системы и внутренней оболочки), определяется по параметрам соответствующего тока время пропускания электрического тока), при этом сила тока подбирается достаточно малой, чтобы в полости при ее прогревании градиенты температуры были бы минимальными. Зная массу исследуемой системы можно определить ее удельную теплоемкость С из равенства

Читайте также:  Оборудование для центров урологии

где теплоемкость внутренней оболочки прибора, которая должна быть известной (из предварительных исследований), изменение температуры системы, которое обычно измеряется термопарой.

Источник

Калориметр

Классификация
● жидкостные;
● изотермические;
● адиабатические;
● изопериболические;
● с постоянным теплообменом;
● массивные интеграторы;
● проточные лабиринтные;
● измерители мощности тепловых процессов.

Применение
● пищевой промышленности;
● химической и нефтехимической переработки;
● энергетической отрасли;
● по производству взрывчатых веществ, порохов и твердых ракетных топлив;
и т.д.

Особенности
● наличие нескольких рабочих режимов;
● встроенная система автоматической водоподготовки;
● простое и удобное программное обеспечение;
● возможность подключения к ПК и принтеру;
и пр.

Для заказа выбранного оборудования наберите наш номер: 8 800 100-98-81.

Дифференциальный сканирующий калориметр DSC-60 Plus

Дифференциальный сканирующий калориметр DSC-60 Plus соответствует всем современным требованиям. Применяется для определения характеристик полимеров, фармацевтических препаратов, продуктов питания и т.д. Для лабораторий контроля качества мы предлагаем автоматическую систему термоанализа — дифференциальный сканирующий калориметр DSC-60A Plus, оснащенный встроенным устройством автоматической смены образцов (сменная кассета рассчитана на 24 образца).

Калориметр C 7000 Grundausstattung Set 2

C 7000 – это первый калориметр для определения теплотворной способности жидких и твердых образцов от IKA®, работающий без калориметрической жидкости.

Калориметр C 7000 Grundausstattung Set 1

C 7000 – это первый калориметр для определения теплотворной способности жидких и твердых образцов от IKA®, работающий без калориметрической жидкости.

Калориметр C 200 h auto

Калориметрический комплект C 200 auto позволяет работать с калориметром C 200 при этом использовать полностью автоматическии цикл воды, что обеспечивает простоту обработки и экономит драгоценное время, что особенно ценно для лабораторий с небольшим количеством анализов.

Калориметр C 200 auto

Калориметрический комплект C 200 auto позволяет работать с калориметром C 200 при этом использовать полностью автоматическии цикл воды, что обеспечивает простоту обработки и экономит драгоценное время, что особенно ценно для лабораторий с небольшим количеством анализов.

Калориметр C 200 h

Комплект C 200 h разработан для обучающих целей в школах, технических колледжах, университетах и для проведения практических занятий.

Калориметр C 200

Калориметрическая система C 200 состоит из следующих компонентов:измерительная камера С 200 стандартный сосуд для разложения C 5010 кислородная установка C 248 Расходные материалы необходимые для установки и калибровки Компактный и недорогой калориметр для определения теплотворной способности жидких и твердых образцов.

Калориметр C 6000 isoperibol Package 2/12

Калориметр C 6000, оснащенный изопериболической устойчивой к галогенам кислородной бомбой, объединяет в одном устройстве современную технологию, гибкость и автоматизацию (адиабатический, изопериболический и динамический режимы).

Калориметр C 6000 isoperibol Package 2/10

Калориметр C 6000, оснащенный изопериболической кислородной бомбой, объединяет в одном устройстве современную технологию, гибкость и автоматизацию (адиабатический, изопериболический и динамический режимы).

Калориметр C 6000 global standards Package 1/12

Калориметр C 6000, оснащенный устойчивой к галогенам кислородной бомбой, объединяет в одном устройстве современную технологию, гибкость и автоматизацию (адиабатический, изопериболический и динамический режимы).

Калориметр C 6000 global standards Package 1/10

Калориметр C 6000, оснащенный стандартной кислородной бомбой, объединяет в одном устройстве современную технологию, гибкость и автоматизацию (изопериболический и динамический режимы). Принцип работы основывается на всех стандартах бомбовых калориметров, таких как DIN, ISO, ASTM, ГОСТ и GB.

Калориметр C 1 Package 3/12

Калориметр C 1 обладает высокой степенью автоматизации и требует значительно меньше пространства по сравнению с обычными калориметрами, меняя тем самым внешний облик и методы работы с калориметрами в будущем. Калориметр C 1 является калориметром со статической оболочкой

Калориметр C 1 Package 3/10

Калориметр C 1 обладает высокой степенью автоматизации и требует значительно меньше пространства по сравнению с обычными калориметрами, меняя тем самым внешний облик и методы работы с калориметрами в будущем. Калориметр C 1 является калориметром со статической оболочкой.

Калориметр C 1 Package 2/12

Калориметр C 1 обладает высокой степенью автоматизации и требует значительно меньше пространства по сравнению с обычными калориметрами, меняя тем самым внешний облик и методы работы с калориметрами в будущем. Калориметр C 1 является калориметром со статической оболочкой.

Калориметр C 1 Package 2/10

Новый калориметр IKA C 1 это маленький гигант, представляющий собой гигантский скачок вперед в развитии калориметров с кислородной бомбой и задает новый стандарт на будущее

Калориметр C 1 Package 1/12

Калориметр C 1 обладает высокой степенью автоматизации и требует значительно меньше пространства по сравнению с обычными калориметрами, меняя тем самым внешнийоблик и методы работы с калориметрами в будущем.

Калориметр C 1 Package 1/10

Новый калориметр IKA C 1 это маленький гигант, представляющий собой гигантский скачок вперед в развитии калориметров с кислородной бомбой и задает новый стандарт на будущее.

Источник