Un calorímetre és un dispositiu per mesurar les quantitats de calor subministrades o rebudes en qualsevol procés físic, químic o biològic. També es fa servir per conèixer la calor específica d'un cos.
La transferència de calor no és sempre sinònim d'una variació de la temperatura. Per exemple, durant un canvi de fase de fusió de laigua, la quantitat de calor sutilitza per al canvi molecular i durant aquest procés la temperatura de laigua és constant (zero graus centígrads).
Si els canvis denergia es produeixen a pressió constant, tota lenergia que entra i surt del sistema termodinàmic és calor. És a dir, el calorímetre mesura la quantitat d'energia intercanviada que coincideix amb el canvi d'entalpies.
Una reacció exotèrmica és una reacció que desprèn calor. Les reaccions que absorbeixen calor s'anomenen reaccions endotèrmiques.
Com funciona un calorímetre?
La capacitat calorífica d'un objecte s'obté submergint l'objecte en un líquid (habitualment aigua) del qual en coneixem la temperatura inicial i la capacitat calorífica.
Passat un temps, el líquid i l'objecte tindran la mateixa temperatura i hauran aconseguit la temperatura d'equilibri.
Coneixent aquestes dades, amb la diferència de temperatura es pot calcular la calor específica de lobjecte a partir de la llei de conservació de lenergia.
La quantitat de calor que intercanvia un objecte es pot determinar per la fórmula següent:
Q=m·c·Δt
On:
-
Q és la calor intercanviada.
-
m es la masa del objeto.
-
c es el calor específico del objeto.
-
Δt és la variació de temperatura durant el procés dintercanvi.
Per tant, en un calorímetre la quantitat de calor que entra o surt de lobjecte és igual a la calor que entra o surt del líquid del calorímetre. Així que:
m objecte ·c objecte ·Δt objecte = m líquid ·c líquid ·Δt líquid
Quina és la calor específica de l'aigua?
El calor específico del agua, es 1 cal/°C·g. Es decir, se necesita un calor de una caloría para que la temperatura de un gramo de agua aumente un grado Celsius. En el sistema internacional son 4186 J/g·ºC.
Tipus de calorímetres
Els tres tipus de calorímetres més comuns són:
-
Calorímetre de variació de temperatura: el funcionament es basa en el canvi de temperatura d'una substància.
-
Calorímetre isotèrmic: el funcionament es basa a canviar l'estat d'agregació de la substància.
-
Calorímetre adiabàtic: el líquid no intercanvia calor amb el medi exterior, cosa que s'aconsegueix mitjançant un aïllament addicional de l'aparell amb l'ajuda d'una camisa exterior per on circula el líquid a la mateixa temperatura que a l'interior.
De què està fet un calorímetre?
El calorímetre més utilitzat està fet de:
-
Un envàs amb aigua tancat i completament aïllat.
-
Un dispositiu per agitar
-
Un termòmetre.
La font de calor se situa dins de l'envàs del calorímetre. El dispositiu per agitar es fa servir per accelerar el canvi termodinàmic i arribar abans a l'equilibri tèrmic. Finalment, el termòmetre es fa servir per conèixer la diferència de temperatura durant el procés.
Què és una bomba calorimètrica?
Una bomba calorimètrica és el mateix dispositiu però que funciona a de volum constant. Aquest tipus daparell sutilitza per mesurar la calor de combustió duna tipus de reacció en particular que requereixen suportar una gran pressió.
En algunes reaccions químiques com en una combustió, es fa servir un envàs d'acer pesat anomenat bomba per albergar la reacció. La bomba d'acer s'introdueix dins de l'envàs del calorímetre i s'inicia la reacció.