kalorimeter

Text hesla

kalorimeter [lat. + gr.] — zariadenie na meranie tepelných veličín pri fyzikálnych, chemických a biochemických dejoch (→ kalorimetria). Jednoduchý kalorimeter tvorí nádoba tepelne izolovaná od okolia (často je to Dewarova nádoba, ktorá je vložená do obalu oddeleného od nej vzduchovou vrstvou) a asi do dvoch tretín naplnená vodou (príp. inou kvapalinou), do ktorej zasahujú teplomer (teplotný senzor) a miešadlo. Ak v nádobe prebehne dej s tepelným efektom, uvoľnené alebo spotrebované teplo \(Q\) sa zistí na základe zmeny teploty \(\Delta T\) v sústave podľa vzťahu \(Q =C_k . \Delta T \), kde \(C_k\) je tepelná kapacita kalorimetra (teplo potrebné na ohriatie celej sústavy o 1 °C), ktorá sa určuje kalibráciou kalorimetra na základe deja, ktorého tepelný efekt je známy, alebo elektronicky.

Podľa režimu, v ktorom kalorimetre pracujú, sa delia na izoperibolické, adiabatické, izotermické a na kalorimetre s tepelným tokom. Izoperibolické kalorimetre pracujú pri konštantnej teplote okolitého prostredia, čo sa dosiahne tak, že nádoba kalorimetra je ponorená do kúpeľa v termostate. V adiabatických kalorimetroch je maximálne obmedzená výmena tepla medzi meranou vzorkou (sústavou) a okolitým prostredím, čo sa dosahuje reguláciou teploty okolitého prostredia tak, aby sa nevytvoril teplotný gradient medzi vzorkou a prostredím a nedošlo medzi nimi k prenosu tepla. Izotermický kalorimeter pracuje pri konštantnej teplote, ktorá sa udržiava elektronicky ohrevom alebo chladením a tepelný efekt meraného deja sa zistí na základe spotrebovanej elektrickej energie; na zabezpečenie konštantnej teploty sa vznikajúce teplo pri meranom deji môže spotrebovať aj na fázovú premenu so známou teplotnou charakteristikou (napr. na topenie sa ľadu v tzv. ľadových kalorimetroch). Kalorimetre s tepelným tokom merajú teplo vymieňajúce sa medzi kalorimetrom a okolitým prostredím (termostatom) na základe meniaceho sa rozdielu teploty v kalorimetri a teploty okolitého prostredia (rozdiel je nulový na začiatku a na konci merania, ale nenulový v priebehu merania). Novšie diferenčné kompenzačné (skenovacie) kalorimetre sú skonštruované tak, že na spoločnom bloku sú dutiny na dve kalorimetrické nádobky (meraciu a referenčnú), pričom obidve majú samostatné batérie termočlánkov. Pri rovnomernom zvyšovaní teploty bloku sa zaznamenáva rozdiel v napätí obidvoch termočlánkových batérií. Kalorimetre sa konštrukčne odlišujú aj podľa toho, či sú určené na meranie tepla fázových premien (vyparovanie, topenie, sublimácia, zmena kryštálovej štruktúry), tepelnej kapacity, rozpúšťacieho, spalného alebo reakčného tepla.

Popis ilustrácie

Schéma izoperibolického kalorimetra

1 – nádoba termostatu s vodou

2 – Dewarova nádoba (vlastný kalorimeter)

3 – teplotný senzor

4 – miešadlo

5 – injektor upravený na dávkovanie tuhej vzorky

6 – reakčné prostredie

7 – elektrická špirála na kalibráciu kalorimetra

Text hesla

kalorimeter [lat. + gr.] — zariadenie na meranie tepelných veličín pri fyzikálnych, chemických a biochemických dejoch (→ kalorimetria). Jednoduchý kalorimeter tvorí nádoba tepelne izolovaná od okolia (často je to Dewarova nádoba, ktorá je vložená do obalu oddeleného od nej vzduchovou vrstvou) a asi do dvoch tretín naplnená vodou (príp. inou kvapalinou), do ktorej zasahujú teplomer (teplotný senzor) a miešadlo. Ak v nádobe prebehne dej s tepelným efektom, uvoľnené alebo spotrebované teplo \(Q\) sa zistí na základe zmeny teploty \(\Delta T\) v sústave podľa vzťahu \(Q =C_k . \Delta T \), kde \(C_k\) je tepelná kapacita kalorimetra (teplo potrebné na ohriatie celej sústavy o 1 °C), ktorá sa určuje kalibráciou kalorimetra na základe deja, ktorého tepelný efekt je známy, alebo elektronicky.

Podľa režimu, v ktorom kalorimetre pracujú, sa delia na izoperibolické, adiabatické, izotermické a na kalorimetre s tepelným tokom. Izoperibolické kalorimetre pracujú pri konštantnej teplote okolitého prostredia, čo sa dosiahne tak, že nádoba kalorimetra je ponorená do kúpeľa v termostate. V adiabatických kalorimetroch je maximálne obmedzená výmena tepla medzi meranou vzorkou (sústavou) a okolitým prostredím, čo sa dosahuje reguláciou teploty okolitého prostredia tak, aby sa nevytvoril teplotný gradient medzi vzorkou a prostredím a nedošlo medzi nimi k prenosu tepla. Izotermický kalorimeter pracuje pri konštantnej teplote, ktorá sa udržiava elektronicky ohrevom alebo chladením a tepelný efekt meraného deja sa zistí na základe spotrebovanej elektrickej energie; na zabezpečenie konštantnej teploty sa vznikajúce teplo pri meranom deji môže spotrebovať aj na fázovú premenu so známou teplotnou charakteristikou (napr. na topenie sa ľadu v tzv. ľadových kalorimetroch). Kalorimetre s tepelným tokom merajú teplo vymieňajúce sa medzi kalorimetrom a okolitým prostredím (termostatom) na základe meniaceho sa rozdielu teploty v kalorimetri a teploty okolitého prostredia (rozdiel je nulový na začiatku a na konci merania, ale nenulový v priebehu merania). Novšie diferenčné kompenzačné (skenovacie) kalorimetre sú skonštruované tak, že na spoločnom bloku sú dutiny na dve kalorimetrické nádobky (meraciu a referenčnú), pričom obidve majú samostatné batérie termočlánkov. Pri rovnomernom zvyšovaní teploty bloku sa zaznamenáva rozdiel v napätí obidvoch termočlánkových batérií. Kalorimetre sa konštrukčne odlišujú aj podľa toho, či sú určené na meranie tepla fázových premien (vyparovanie, topenie, sublimácia, zmena kryštálovej štruktúry), tepelnej kapacity, rozpúšťacieho, spalného alebo reakčného tepla.

Zverejnené v marci 2017.

citácia

Kalorimeter [online]. Encyclopaedia Beliana, ISBN 978-80-89524-30-3. [cit. 2019-11-21]. Dostupné na internete: https://beliana.sav.sk/heslo/kalorimeter