Ειδική θερμότητα υγρού με χρήση θερμιδόμετρου

Για να προσδιορίσουμε τη θερμοκρασία ή την ειδική θερμότητα ενός συγκεκριμένου υγρού, μπορούμε να μετρήσουμε τη μάζα του ζεστού υγρού σε ένα θερμιδόμετρο (του οποίου η θερμοχωρητικότητα είναι γνωστή) και να μετρήσουμε τη μείωση της θερμοκρασίας του υγρού και την αύξηση της θερμοκρασίας του θερμιδομέτρου. , και ως εκ τούτου μειώνει την ειδική θερμοχωρητικότητα του υγρού.

Οι ρυθμίσεις δοκιμής που χρησιμοποιούνται στη θερμιδομετρία ονομάζονται θερμιδομετρητές. Με τη χρήση εξωτερικού εναλλάκτη θερμότητας και οι ειδικές θερμικές ικανότητες μπορούν να προσδιοριστούν με τη χρήση θερμιδομέτρων, ειδικά σε υγρά.

Στην απλούστερη περίπτωση, χρησιμοποιείται ένα θερμομονωμένο δοχείο για να διατηρείται η απώλεια θερμότητας στο περιβάλλον και να διατηρείται όσο το δυνατόν χαμηλότερα. Η θερμότητα παρέχεται από ένα πηνίο θερμότητας βυθισμένο σε ένα υγρό για το οποίο πρέπει να μετρηθεί η ειδική θερμοχωρητικότητα.

Με ένα τέτοιο σετ δοκιμής θα πρέπει να διασφαλιστεί ότι το υγρό θερμαίνεται ομοιόμορφα. Εάν όχι, το θερμόμετρο θα μετρήσει μια ακριβή θερμοκρασία που δεν αντιπροσωπεύει ολόκληρο το υγρό. Χωρίς ομοιόμορφη θέρμανση, η θερμοκρασία του υγρού κοντά στην πηγή θερμότητας μπορεί να είναι πολύ υψηλότερη από όσο πιο μακριά από αυτήν.

Επομένως, κατά τη θέρμανση, το υγρό πρέπει πάντα να αναμιγνύεται καλά. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση μαγνητικού αναδευτήρα. Σε αυτή την περίπτωση, το θερμιδόμετρο βρίσκεται σε μια πλάκα που παράγει ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Αυτό το περιστρεφόμενο πεδίο προκαλεί την περιστροφή της ράβδου ανάδευσης και έτσι αναμιγνύει το υγρό.

Προσδιορισμός της θερμοχωρητικότητας του θερμιδομέτρου

Η θερμοχωρητικότητα ενός θερμιδομέτρου C μπορεί να προσδιοριστεί εκ των προτέρων αναμειγνύοντας τα πειράματα νερού. Το θερμαντικό στοιχείο είναι κλειστό ανά πάσα στιγμή! Για το σκοπό αυτό, νερό μάζας m1 τοποθετείται πρώτα σε θερμιδόμετρο σε θερμοκρασία δωματίου.

Το θερμιδόμετρο και τα εξαρτήματά του όπως (μαγνητική ράβδος ανάδευσης, αισθητήρας θερμοκρασίας, πηνίο θέρμανσης, κ.λπ.) και το νερό σε αυτό θα πρέπει να παρέχονται για ένα χρονικό διάστημα ώστε να εξισωθεί η θερμοκρασία. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, επιτυγχάνεται η κανονική θερμοκρασία T1 (συνήθως θερμοκρασία δωματίου).

Τώρα ένας δεύτερος όγκος νερού με μάζα m2 και αυξανόμενη θερμοκρασία Τ2 προστίθεται στο θερμιδόμετρο. Θα επιτευχθεί η κανονική θερμοκρασία ανάμειξης μεταξύ νερού μάζας m1, νερού μάζας m2 και θερμιδόμετρου. Τώρα πάλι θα πρέπει να δοθεί λίγος χρόνος στο σύστημα για να επιτρέψει τις θερμοκρασίες να είναι ίσες.

Η θερμοκρασία του νερού συνήθως θα πέσει ελαφρά καθώς φτάσει στη θερμοκρασία ισορροπίας και αυτή του θερμιδόμετρου θα αυξηθεί, καθώς θερμαίνεται με ζεστό νερό. Στη συνέχεια μετράται η θερμοκρασία ανάμειξης Tm. Αυτό τώρα μας επιτρέπει να βγάλουμε συμπεράσματα σχετικά με τη θερμοχωρητικότητα του θερμιδομέτρου.

Για το σκοπό αυτό, εξετάζεται λεπτομερώς η ροή ενέργειας της διαδικασίας ανάμιξης. Όλο το σύστημα τελικά θερμαίνεται με ζεστό νερό μάζας m2. Γενικά οι εκπομπές θερμότητας Q2 χωρίζονται σε μια ποσότητα θερμότητας Q1 που θερμαίνει το νερό μάζας m1 και στη θερμοκρασία Qc που θερμαίνει το θερμιδόμετρο. Η θερμική ενέργεια Q2 που εκπέμπεται από το νερό μάζας m2 υπολογίζεται από τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της αρχικής και της τελικής θερμοκρασίας ανάμειξης.

Η θερμική ικανότητα του θερμιδομέτρου υπολογίζεται ως εξής:

Παράγοντες που επηρεάζουν τη θερμοχωρητικότητα του θερμιδομέτρου

Επίπεδο υγρού

Το θερμιδόμετρο είναι μόνο κατά το ήμισυ γεμάτο υγρό κατά τη διάρκεια της δοκιμής, όχι συνολικά επειδή η συσκευή μπορεί να θερμανθεί. Η θερμική μάζα του θερμιδομέτρου είναι χαμηλή και επομένως και η θερμοχωρητικότητα του θερμιδομέτρου.

Θερμοκρασία

Γενικά η θερμοκρασία στην οποία εκτελείται η δοκιμή επηρεάζει επίσης τη θερμοχωρητικότητα του θερμιδομέτρου. Αυτό συμβαίνει γιατί σε υψηλότερες θερμοκρασίες αυξάνεται και η ποσότητα της ροής θερμότητας. Αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι το θερμιδόμετρο μπορεί να θερμανθεί περισσότερο ταυτόχρονα και λόγω αυτού επηρεάζεται περισσότερη μάζα από τη θέρμανση, επομένως αυξάνεται και η θερμοχωρητικότητα του θερμιδομέτρου.

Θερμιδόμετρο

Το θερμιδόμετρο είναι ένα εργαλείο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας των χημικών αντιδράσεων, των φυσικών αλλαγών ως θερμοχωρητικότητα. Οι πιο συνηθισμένοι τύποι θερμιδομέτρων είναι η θερμιδομετρία διαφορικής σάρωσης, το θερμιδόμετρο τιτλοδότησης, η ισόθερμη μικροθερμιδομετρία και το θερμιδομετρικό επιταχυνόμενου ρυθμού. Ένα τυπικό θερμιδόμετρο περιέχει συνήθως ένα θερμόμετρο.

Το θερμόμετρο είναι επίσης τοποθετημένο σε ένα μεταλλικό δοχείο γεμάτο με νερό κρεμασμένο πάνω από ένα θάλαμο καύσης ή καύσης.

Οι μετρήσεις αυτής της αύξησης θερμοκρασίας καθώς και η γνώση του βάρους και των θερμικών χαρακτηριστικών του δοχείου και του υγρού επιτρέπουν τον υπολογισμό της συνολικής ποσότητας θερμότητας που παράγεται.

Τύποι θερμιδομέτρου

Διάφοροι τύποι θερμιδομέτρων είναι οι εξής:

• Αδιαβατικά θερμιδόμετρα
• Θερμιδόμετρα αντίδρασης
• Θερμιδόμετρα βόμβας 
• Θερμιδόμετρα σταθερής πίεσης
• Διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης

Συμπέρασμα

Σε αυτό το άρθρο μαθαίνουμε για τα θερμιδόμετρα. Το θερμιδόμετρο είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ποσότητας της θερμότητας που παράγεται κατά τη διάρκεια μιας μηχανικής, ηλεκτρικής ή χημικής αντίδρασης και για τον υπολογισμό της θερμικής ικανότητας των υλικών.

Τα θερμιδόμετρα σχεδιάζονται με διάφορους τρόπους. Ένας άλλος ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος, που ονομάζεται θερμιδόμετρο βόμβας και αποτελείται βασικά από ένα κάλυμμα στο οποίο λαμβάνει χώρα η αντίδραση και το οποίο περιβάλλεται από υγρά, όπως το νερό, το οποίο απορροφά τη θερμότητα της αντίδρασης και έτσι αυξάνει τη θερμοκρασία.