к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Калориметрия

Калориметрия (от лат. calor - тепло и греч. metreo-измеряю) - совокупность методов измерения тепловых эффектов (кол-ва теплоты), сопровождающих разл. физ., хим. и биол. процессы. К. включает измерения теплоёмкостей тел, теплот фазовых переходов, тепловых эффектов намагничивания, электризации, растворения, сорбции, хим. реакций (напр., горения), реакций обмена веществ в живых организмах и т. д. Приборы, применяемые в К., наз. калориметрами. Совр. калориметры работают в диапазоне температур от 0,1 до 3500 К и позволяют измерять кол-во теплоты с точностью до 10-2%. Конструкции калориметров разнообразны и определяются характером и продолжительностью изучаемого процесса, областью температур, при к-рых производятся измерения, кол-вом измеряемой теплоты и требуемой точностью. Калориметр, предназначенный для измерения суммарного кол-ва теплоты Q, выделяющегося в процессе от его начала до завершения, наз. калориметром-интегратором. Для измерения тепловой мощности L и измерения её изменений на разных стадиях процесса применяют измерители мощности или калориметры-осциллографы. Различают жидкостные и массивные калориметры, одинарные и двойные (дифференциальные). Жидкостные калориметры-интеграторы перем. температуры применяют для измерения теплот растворения и теплот хим. реакций. Они состоят из сосуда с жидкостью (обычно водой), в к-ром находятся камера для проведения исследуемого процесса ("калориметрии, бомба"), мешалка, нагреватель и термометр. Выделившаяся в камере теплота распределяется между камерой, жидкостью и др. частями калориметра, совокупность к-рых наз. калориметрич. системой прибора. Характеристикой калориметра является его тепловое значение, т. е. теплоёмкость С калориметрич. системы, к-рую определяют заранее. Определение Q сводится к измерению изменения температуры калориметрич. системы DT, вызванного исследуемым процессом: Q=CDT. Калориметрич. измерения позволяют непосредственно определить сумму теплот исследуемого процесса и разл. побочных процессов (размешивания, испарения воды н т. п.), теплота к-рых должна быть определена экспериментально или с помощью расчётов и исключена из окончат. результата. Для устранения теплообмена калориметра с окружающей средой посредством излучения и теплопроводности калориметрич. систему окружают оболочкой, температуру к-рой регулируют. В изотермич. калориметрах введённая теплота не изменяет температуры калориметрич. системы, а вызывает изменение агрегатного состояния тела, составляющего часть этой системы (напр., таяние льда). Кол-во введённой теплоты в этом случае пропорц. массе вещества, изменившего агрегатное состояние, и теплоте фазового перехода. Массивный калориметр-интегратор чаще всего применяется для определения энтальпии веществ при темп-pax до 250 °С. Калориметрич. система у калориметров этого типа представляет собой блок из металла (обычно Сu или Аl) с выемками для сосуда, в к-ром происходит реакция, термометра и нагревателя. Энтальпию вещества рассчитывают как произведение теплового значения калориметра на разность подъёмов температур блока, измеряемых после сбрасывания в его гнездо ампулы с определённым кол-вом вещества, а затем - пустой ампулы, нагретой до той же температуры. Теплоёмкость газов (а иногда и жидкостей) определяют в т. н. проточных лабиринтных калориметрах по разности температур на входе и выходе стационарного потока газа (или жидкости), по мощности потока и кол-ву теплоты, выделенной электрич. нагревателем. Калориметр, работающий как измеритель мощности, в противоположность калориметру-интегратору должен обладать значит. теплообменом, чтобы вводимое в него кол-во теплоты быстро удалялось, и состояние калориметра характеризуется мгновенным значением мощности теплового процесса. Тепловая мощность процесса определяется из теплообмена калориметра с оболочкой. Калориметр Кальве, относящийся к такой системе калориметров, представляет собой металлич. блок с каналами, в к-рые помещены цилиндрич. ячейки. В ячейке проходит исследуемый процесс; металлич. блок играет роль оболочки (темп-pa его поддерживается постоянной с точностью до 10-5-10 К). Разность температур ячейки и блока измеряется термобатареей. В блок помещают чаще всего две ячейки, работающие как дифференц. калориметр. На каждой ячейке обычно монтируют две термобатареи: одна позволяет скомпенсировать тепловую мощность исследуемого процесса на основе Пельтье эффекта ,а другая (индикатрисса) служит для измерения нескомпенсированной части теплового потока. В этом случае прибор работает как дифференц. компенсационный калориметр. Общую классификацию калориметров можно построить на основе рассмотрения трёх гл. переменных, определяющих методику измерения: температуры калориметрич. системы Тс, температуры оболочки Т0, тепловой мощности L. Калориметры с постоянными Тс и Т0 наз. изотермическими; с Тc0 - адиабатическими. Калориметры, работающие при пост, разности температур Тс- Т0, наз. калориметрами с пост, теплообменом. У калориметров с изотермич. оболочкой постоянна температура T0, а Tс является функцией L. В адиабатич. калориметрах темп-pa оболочки регулируется так, чтобы она была всегда близка к меняющейся температуре калориметрич. системы. Часто это позволяет уменьшить теплообмен за время эксперимента до незначит. величины. В случае необходимости в результаты непосредств. измерений вводится поправка на теплообмен, метод расчёта к-рой основан на пропорциональности теплового потока между калориметром и оболочкой по разности их температур (закон теплообмена Ньютона), если эта разность невелика (~3-4°С). Для калориметра с изотермич. оболочкой теплоты хим. реакций могут быть определены с погрешностью до 0,01%. Если размеры калориметра малы, темп-pa его меняется более чем на 2-3 °С, а исследуемый процесс продолжителен, то при изотермич. оболочке теплообмен может составлять 15-20% от измеряемой величины. В этих случаях целесообразнее применять адиабатич. оболочку. С помощью адиабатич. калориметров определяют теплоёмкости твёрдых и жидких тел в области температур от 0,1 до 1000 К. Адиабатич. оболочка - лёгкая металлич. ширма, снабжённая нагревателем, уменьшает теплообмен настолько, что темп-pa калориметра меняется лишь на неск. десятитысячных °С/мин.

Литература по калориметрии

  1. Попов М. М., Термометрия и калориметрия, 2 изд., М., 1954;
  2. Кальве Э., Прат А., Микрокалориметрия, пер. с франц., М., 1963;
  3. Скуратов С. М., Колесов В. П., Воробьев А. Ф., Термохимия, ч. 1-2, М., 1964-66.

В. А. Соколов

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution