NHIỆT LƯỢNG KẾ: LỊCH SỬ, CÁC BỘ PHẬN, CÁC LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA CHÚNG - HÓA HỌC - 2025

Nhiệt lượng kế là dụng cụ dùng để đo sự thay đổi nhiệt độ của một lượng chất (thường là nước) có nhiệt lượng riêng đã biết. Sự thay đổi nhiệt độ này là do nhiệt lượng được hấp thụ hoặc giải phóng trong quá trình đang được nghiên cứu; hóa học nếu nó là một phản ứng, hoặc vật lý nếu nó bao gồm một giai đoạn hoặc sự thay đổi trạng thái.

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

Nguồn: Theo Ichwarsnur, từ Wikimedia Commons Trong một phản ứng tỏa nhiệt, lượng nhiệt tỏa ra có thể được tính từ sự tăng nhiệt độ của nhiệt lượng kế và dung dịch nước:

Nhiệt lượng toả ra trong phản ứng = nhiệt lượng bị nhiệt lượng kế hấp thụ + nhiệt lượng dung dịch hấp thụ

Nhiệt lượng mà nhiệt lượng kế hấp thụ được gọi là nhiệt dung của nhiệt lượng kế. Điều này được xác định bằng cách cung cấp một lượng nhiệt đã biết cho nhiệt lượng kế với một khối lượng nước nhất định. Sau đó, đo độ tăng nhiệt của nhiệt lượng kế và dung dịch chứa nó.

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

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

Lịch sử của nhiệt lượng kế

Năm 1780, AL Lavoisier, một nhà hóa học người Pháp, được coi là một trong những cha đẻ của hóa học, đã sử dụng chuột lang để đo sự sản sinh nhiệt do hô hấp của nó.

Làm sao? Sử dụng một thiết bị tương tự như nhiệt lượng kế. Nhiệt lượng do chuột lang tạo ra được chứng minh bằng tuyết tan bao quanh bộ máy.

Các nhà nghiên cứu A. L Lavoisier (1743-1794) và PS Laplace (1749-1827) đã thiết kế một nhiệt lượng kế dùng để đo nhiệt lượng riêng của một vật bằng phương pháp làm tan băng.

Nhiệt lượng kế bao gồm một cốc thiếc hình trụ được đánh vecni, được đỡ bởi giá ba chân và được kết nối bên trong bằng một cái phễu. Bên trong nó, một tấm kính khác được đặt, tương tự như tấm trước, với một ống đi qua khoang bên ngoài và được gắn chìa khóa. Bên trong tấm kính thứ hai là một cái giá.

Thực thể hoặc vật thể có nhiệt riêng được xác định được đặt trên lưới này. Đá được đặt bên trong ly đồng tâm, như trong giỏ.

Nhiệt do cơ thể sinh ra đã bị nước đá hấp thụ, khiến nó tan chảy. Và sản phẩm nước lỏng của sự tan chảy của nước đá được thu thập, mở chìa khóa thủy tinh bên trong.

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

Các bộ phận

Nhiệt lượng kế được sử dụng rộng rãi 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, 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 sản sinh hoặc hấp thụ nhiệt.

Một nắp làm bằng vật liệu cách nhiệt có hai lỗ được đặt ở phần trên của thùng. Trong một đầu cắm một nhiệt kế để đo sự thay đổi nhiệt độ và trong một máy khuấy, tốt nhất là làm bằng vật liệu thủy tinh, thực hiện chức năng di chuyển hàm lượng của dung dịch nước.

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

Các loại và đặc điểm của chúng

Tách cà phê

Nó là công cụ được sử dụng để xác định nhiệt tỏa ra bởi phản ứng tỏa nhiệt và nhiệt bị hấp thụ trong phản ứng thu nhiệt.

Hơn nữa, nó có thể được sử dụng để xác định nhiệt lượng riêng của cơ thể; tức là nhiệt lượng mà a gam chất đó cần hấp thụ để tăng nhiệt độ của nó thêm một độ C. .

Quả bom nhiệt lượng

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

Phản ứng xảy ra trong một thùng chứa bằng thép chắc chắn (máy bơm), được ngâm trong một khối lượng lớn nước. Điều này giữ cho nhiệt độ nước thay đổi nhỏ. Do đó, người ta cho rằng những thay đổi liên quan đến phản ứng được đo ở thể tích và nhiệt độ không đổi.

Điều này cho thấy rằng không có công việc nào được thực hiện khi phản ứng được thực hiện trong nhiệt lượng kế bom.

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

Nhiệt lượng kế đoạn nhiệt

Nó có đặc điểm là có cấu trúc cách điện gọi là tấm chắn. Tấm chắn nằm xung quanh phòng giam nơi xảy ra sự thay đổi nhiệt độ và nhiệt độ. Tương tự như vậy, nó được kết nối với một hệ thống điện tử duy trì nhiệt độ của nó rất gần với nhiệt độ của tế bào, do đó tránh truyền nhiệt.

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

Các bộ phận của nó bao gồm những điều sau:

- Tế bào (hoặc thùng chứa), được tích hợp vào hệ thống cách nhiệt bằng cách cố gắng tránh thất thoát nhiệt.

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

-Một máy sưởi, được kết nối với nguồn điện áp điều khiển được.

-Và lá chắn, đã được đề cập.

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

Nhiệt lượng kế isoperibol

Nó là một thiết bị trong đó tế bào phản ứng và máy 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 giữ 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 đối với nhiệt rò rỉ do sự khác biệt giữa hai nhiệt độ.

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

Nhiệt lượng kế lưu lượng

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

Nhiệt lượng kế lưu lượng được đặc trưng bởi:

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

- Đo chính xác nhiệt lượng đưa vào chất lỏng qua bộ gia nhiệt.

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

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

Nhiệt lượng kế để đo nhiệt lượng quét vi sai

Nó có đặc điểm là có hai thùng chứa: trong một thùng chứa mẫu cần nghiên cứu, trong khi thùng còn lại để trống hoặc sử dụng vật liệu chuẩn.

Hai bình được đốt nóng với một suất năng lượng không đổi, bằng hai lò sưởi độc lập. Khi hai bình bắt đầu nóng lên, máy tính sẽ vẽ biểu đồ sự khác biệt về thông lượng nhiệt của các lò sưởi so với nhiệt độ, từ đó xác định thông lượng nhiệt.

Hơn nữa, có thể xác định được sự thay đổi của nhiệt độ như một hàm của thời gian; và cuối cùng là nhiệt lượng.

Các ứng dụng

Trong hóa lý

- Các nhiệt lượng kế cơ bản, kiểu tách cà phê, cho phép đo lượng nhiệt mà cơ thể tỏa ra hoặc hấp thụ. Trong đó, bạn có thể xác định xem một phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt. Hơn nữa, nhiệt lượng riêng của một cơ thể có thể được xác định.

-Với nhiệt lượng kế đoạn nhiệt, có thể xác định entropi của một quá trình hóa học và mật độ điện tử của trạng thái.

Trong hệ thống sinh học

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

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

Nhiệt lượng kế bơm oxy và nhiệt lượng

Trong nhiệt lượng kế của bom ôxy, sự đốt cháy của nhiều chất xảy ra và có thể xác định được giá trị nhiệt lượng của nó. Trong số các chất được nghiên cứu thông qua việc sử dụng nhiệt lượng kế này là: than đá và than cốc; dầu ăn, cả nặng và nhẹ; xăng và tất cả nhiên liệu động cơ.

Cũng như các loại nhiên liệu cho máy bay phản lực; nhiên liệu thải và xử lý chất thải; sản phẩm thực phẩm và chất bổ sung dinh dưỡng cho con người; cây làm thức ăn gia súc và chất bổ sung cho thức ăn chăn nuôi; Vật liệu xây dựng; nhiên liệu tên lửa và thuốc phóng.

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

Người giới thiệu

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Hóa học. (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Học tập.
2. González J., Cortés L. & Sánchez A. (nd). Nhiệt lượng đoạn nhiệt và các ứng dụng của nó. Đã khôi phục từ: cenam.mx
3. Wikipedia. (2018). Nhiệt lượng kế. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Ngày 22 tháng 6 năm 2018). Định nghĩa nhiệt lượng kế trong Hóa học. Phục hồi từ: thinkco.com
5. Gillespie, Claire. (Ngày 11 tháng 4 năm 2018). Nhiệt lượng kế hoạt động như thế nào? Đấu kiếm. Phục hồi từ: sciining.com