Calorimètre

Un calorimètre mesure le changement de température d'une substance

Qu'est-ce que le calorimètre?

Il calorimètre Il s'agit d'un appareil qui mesure le changement de température d'une quantité de substance (généralement de l'eau). En d'autres termes, un calorimètre mesure la quantité de chaleur qu'un corps reçoit ou fournit.

En laboratoire, le calorimètre le plus simple qui peut être trouvé est celui du verre à café. Il est utilisé pour mesurer la chaleur absorbée ou libérée dans une réaction de pression constante, en solution aqueuse. 

Dans une réaction exothermique, la quantité de chaleur qui émerge peut être calculée à partir de l'augmentation de la température du calorimètre et de la solution aqueuse:

Quantité de chaleur qui émerge dans la réaction = quantité de chaleur qui absorbe le calorimètre + la quantité de chaleur qui absorbe la solution

La quantité de chaleur qui absorbe le calorimètre est appelée capacité calorique du calorimètre. Ceci est déterminé en fournissant une quantité connue de chaleur au calorimètre avec une certaine masse d'eau. Ensuite, l'augmentation de la température du calorimètre et la solution qu'il contient est mesurée.

Avec ces données et l'utilisation de la chaleur spécifique de l'eau (4.18 J / g. ° C), la capacité calorique du calorimètre peut être calculée. Cette capacité est également nommée constante du calorimètre.

Parties du calorimètre

Le calorimètre le plus utilisé dans les laboratoires d'enseignement en chimie est le calorimètre appelé Coffee navire. Il se compose d'un bécher, ou à la place, un récipient de liège blanc qui a certaines propriétés isolantes. Dans ce récipient, la solution aqueuse est placée avec le corps qui produira ou absorbera la chaleur.

Dans la partie supérieure du récipient, un couvercle de matériau isolant avec deux trous est placé. Dans l'un, un thermomètre est introduit pour mesurer les changements de température, et dans l'autre un agitateur, de préférence en verre, qui remplit la fonction du déplacement du contenu de la solution aqueuse.

Types de calorimètre et ses caractéristiques

Le verre de café

C'est celui qui est utilisé dans la détermination de la chaleur libérée par une réaction exothermique, et la chaleur absorbée dans une réaction endothermique.

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De plus, il peut être utilisé pour déterminer la chaleur spécifique d'un corps; c'est-à-dire la quantité de chaleur qu'un gramme de substance doit absorber pour augmenter sa température à un degré Celsius.  

La pompe calorimétrique

Il s'agit d'un dispositif dans lequel la quantité de chaleur qui émerge ou absorbée dans une réaction qui se produit à un volume constant est mesurée.

La réaction se déroule dans un récipient en acier résistant (la pompe), qui est immergé dans un grand volume d'eau. Cela rend les changements de température de l'eau petite. Par conséquent, on suppose que les changements associés à la réaction sont mesurés à un volume et à la température constants.

Cela indique que le travail n'est pas effectué lorsqu'une réaction est effectuée dans une pompe calorimétrique.

La réaction commence par l'approvisionnement en électricité à travers des câbles connectés à la pompe.

Le calorimètre adiabatique

Il se caractérise par une structure isolante appelée bouclier. Le bouclier est autour de la cellule où se produisent la chaleur et la température. Il est également connecté à un système électronique qui maintient sa température très proche de celle de la cellule, pour éviter le transfert de chaleur.

Dans un calorimètre adiabatique, la différence de température entre le calorimètre et son environnement est minimisée; ainsi que le coefficient de transfert de chaleur et le temps d'échange de chaleur.

Ses parties sont les suivantes:

- La cellule (ou le récipient), intégré dans un système d'isolation par lequel il s'agit d'éviter la perte de chaleur.

- Le thermomètre, pour mesurer les changements de température.

- Un radiateur, connecté à une source contrôlable de tension électrique.

- Et le bouclier, déjà mentionné.

Dans ce type de calorimètre, des propriétés telles que l'entropie, la température de Debye et la densité d'état électronique peuvent être déterminées.

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Le calorimètre isopéribolique

Il s'agit d'un dispositif dans lequel la cellule de réaction et la pompe sont immergées dans une structure appelée veste. Dans ce cas, la veste se compose d'eau, maintenue à une température constante.

La température de la cellule et de la pompe augmentent lorsque la chaleur est libérée pendant le processus de combustion; Mais la température de la veste d'eau est maintenue à une température fixe.

Un microprocesseur contrôle la température de la cellule et de la veste, faisant les corrections nécessaires de la fuite d'évasion qui résulte des différences entre les deux températures.

Ces corrections sont appliquées en continu et avec une correction finale, basée sur des mesures avant et après le test.

Calorimètre à flux

Développé par calientar, a un dispositif pour déplacer un gaz dans un conteneur à une vitesse constante. Lors de l'ajout de chaleur, l'augmentation de la température du liquide est mesurée.

Le calorimètre de flux est caractérisé par:

- Une mesure exacte de la vitesse du flux constant.

- Mesure exacte de la quantité de chaleur introduite au fluide à travers un radiateur.

- Une mesure exacte de l'augmentation de la température du gaz causée par une entrée d'énergie

- Une conception pour mesurer la capacité d'un gaz sous pression.

Calorimétrie calorimètre par numérisation différentielle

Il se caractérise par deux conteneurs: en un, l'échantillon à étudier est placé, tandis que l'autre reste vide ou un matériau de référence est utilisé.

Les deux conteneurs sont chauffés à une vitesse d'énergie constante, au moyen de deux radiateurs indépendants. Lorsque le temps chaud des deux conteneurs commence, l'ordinateur représente la différence de flux de chaleur par rapport au radiateur contre la température, étant ainsi capable de déterminer le flux de chaleur.

De plus, la variation de la température peut être déterminée en fonction du temps; Et enfin, la capacité calorique.

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Applications d'un calorimètre

En physicochimie

- Les calorimètres de base, un verre de café, permettent de mesurer la quantité de chaleur qu'un corps dégage ou absorbe. Vous pouvez déterminer si une réaction est exothermique ou endothermique. De plus, la chaleur spécifique d'un corps peut être déterminée.

- Avec le calorimètre adiabatique, il a été possible de déterminer l'entropie d'un processus chimique et la densité de l'état électronique.

Dans les systèmes biologiques

- Les microcalorimètres sont utilisés pour étudier les systèmes biologiques qui incluent les interactions entre les molécules, ainsi que les changements de conformation moléculaire qui se produisent; Par exemple, dans l'affichage d'une molécule. La ligne comprend à la fois le balayage différentiel et le degré isotherme.

- Le microcalorimètre est utilisé dans le développement de médicaments à petites molécules biothérapeutiques et vaccinales.

Calorimètre de pompe à oxygène et puissance calorique

Dans le calorimètre de la pompe à oxygène, la combustion de nombreuses substances se produit, étant capable de déterminer sa puissance calorique. Parmi les substances étudiées en utilisant ce calorimètre figurent: le charbon et le coke; huiles comestibles, à la fois lourdes et légères; à essence et à tous les carburants moteurs.

Également les types de carburants pour les réacteurs d'avions; Déchets de carburant et élimination des déchets; produits alimentaires et suppléments pour la nutrition humaine; Causes de fourrage et suppléments pour l'alimentation animale; matériaux de construction; carburants pour les roquettes et les propulseurs.

De même, la puissance calorique a été déterminée par la calorimétrie dans les études thermodynamiques des matériaux combustibles; dans l'étude de l'équilibre énergétique en écologie; dans les explosifs et les poudres thermiques et dans l'enseignement des méthodes thermodynamiques de base.

Les références

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