Čo je to kalorimeter vo fyzike? Definícia, použitie. Meranie tepla Rozdelenie podľa typu
V tomto článku odpovieme na otázku: „Čo je to kalorimeter? Poďme určiť všeobecnú charakteristiku tohto mechanizmu, jeho princíp činnosti a oblasti použitia, funkčnosť a meranie veličín. Pozornosť budeme venovať aj klasifikácii a popisu niektorých konkrétnych druhov.
Úvod
Pri odpovedi na otázku, čo je to kalorimeter, ho možno vo všeobecnosti charakterizovať ako zariadenie, ktorým sa meria množstvo tepla, ktoré sa uvoľňuje alebo absorbuje v priebehu fyzikálnych, chemických alebo biologických procesov.
Zavedenie novej terminologickej jednotky „kalorimeter“ navrhli v roku 1780 P. Laplace a A. Lavoisier. Podobné zariadenie sa používa aj v jadrovej fyzike, ktorá študuje elementárne častice a nazýva sa ionizačný kalorimeter. Funkciou tohto zariadenia je však meranie energetického potenciálu častíc.
Moderný mechanizmus
Stanovenie tepelnej kapacity moderným kalorimetrom umožňuje zaznamenať skúmanú hodnotu s presnosťou na desať až stotinu percenta. Rozsah, v ktorom môže toto zariadenie pracovať, sa pohybuje od 0,1 do 3500 Kelvinov. Typ kalorimetrického zariadenia je veľmi rôznorodý. Môže byť určená povahou študovaného procesu, ako aj jeho trvaním. Ďalším dôležitým parametrom pre určenie typu mechanizmu je teplotný rozsah, v ktorom prebiehajú merania, ako aj množstvo meraného tepla.
Určenie energetického ekvivalentu pomocou kalorimetra môže subjektu ukázať množstvo tela, ktoré sa uvoľní počas spaľovania palivového zdroja. Dá sa to dosiahnuť vďaka výrazu Q = C∆T, v ktorom C je tepelný (energetický) ekvivalentný indikátor. Nastavte parametre stanovenia kalibráciou zariadenia. Ďalšia veličina, ∆T, je funkciou známeho výstupného signálu kalorimetra.
Distribúcia podľa typu
Nie je možné odpovedať na otázku, čo je kalorimeter, bez toho, aby ste sa oboznámili s jeho typmi.
Jedným z najbežnejších predstaviteľov takýchto zariadení je integrátorový kalorimeter. Je určená na určenie celkového množstva tepla Q, ktoré sa uvoľní na začiatku reakcie a na jej konci.
Ďalším známym kalorimetrom je zariadenie na meranie tepelného výkonu, teda rýchlosti uvoľňovania tepla - L. Možno ich rozdeliť aj podľa konštrukcie mechanizmu a metodiky merania, prístupu. Existujú tiež kvapalné a pevné kalorimetre. K dispozícii sú aj jednoduché a diferenciálne zariadenia.
Meranie tepla
Čo je to kalorimeter vo fyzike? Definícia hovorí, že ide o zariadenie na meranie množstva vytvoreného tepla. V tomto prípade je možné teplo uvoľnené počas chemickej reakcie určiť iba pomocou kvapalinového integrátorového kalorimetra.
Dizajn je prezentovaný vo forme nádoby naplnenej kvapalinou (zvyčajne vodou). Obsahuje komoru na vykonanie experimentu („kalorimetrická bomba“), miešadlo, teplomer a ohrievacie zariadenie.
Merania kalorimetrických systémov
Vykonávanie úprav prirodzeného priebehu uvoľňovania tepla systému možno zistiť, keď sa zmení ktorýkoľvek z jeho stavov. Tie sa zase určujú analýzou množstva tepla, ktoré sa privádza do zariadenia. Konštanta kalorimetra sa určí pred začatím meracích prác a porovná sa s určenou a upravenou hodnotou. Prístroje sú kalibrované, vďaka čomu sa určuje koeficient. Musí sa vynásobiť zmenou teploty zariadenia nameranou teplomerom.
Prítomnosť vedľajších účinkov
V skutočnosti kalorimetrické údaje priamo ukazujú iba celkový počet teplôt, ktoré sa študujú v procese. Môžete to zistiť aj prítomnosťou vedľajšieho procesu (alebo procesov), ktorý by mohol spôsobiť jav miešania, vyparovania kvapaliny, ako aj rozbitia ampulky s látkami atď. Stanovenie konštanty kalorimetra umožňuje osobe získať prístup na porovnanie ukazovateľov zmien na pozadí niečoho. S jeho pomocou sa informácie analyzujú.
Teplo sekundárnej série procesov sa musí určiť pomocou skúseností alebo výpočtov, ktoré sú vylúčené z výsledkov výskumu. Príkladom vedľajšieho efektu je nevyhnutná výmena tepla medzi kalorimetrom a okolitým priestorom a hmotou.
Izotermické pozorovania
Existuje integrátorový kalorimeter izotermického typu, ktorý vám umožňuje zaviesť zmeny v agregovaných stavoch telies, ktoré tvoria hlavnú časť systému. Príkladom je topenie masy ľadu v ľadovej komore Bunsenovho kalorimetra. Zmenu tepla, ktorá ovplyvňuje stav agregácie, ale nespôsobuje zmenu teploty, môžete zistiť výpočtom hmotnosti látky a množstva tepla, ktoré by bolo potrebné na to vynaložiť.
Ak chcete určiť špecifickú tepelnú kapacitu kalorimetra, musíte vedieť, že sa číselne rovná množstvu tepla, ktoré sa vynakladá na ohrev jednotkovej hmotnosti hmoty. Jeho jednotka je J/kg•K.
Je dôležité si uvedomiť, že špecifická tepelná kapacita je nejednoznačná charakteristika. Existuje vzťah medzi podmienkami prenosu tepla a hodnotou práce, ktorá tento proces sprevádza.
Masívny typ
Na určenie hodnoty entalpie látky pri teplotách do 2500 stupňov Celzia sa používajú masívne integrátory. Hmotnosť tohto typu kalorimetra sa môže meniť v závislosti od hmotnosti meranej látky, pretože štruktúra pozostáva z kovov. V skutočnosti ide o blok s množstvom vybraní pre nádoby. Obsahujú reakcie určené pre vykurovacie zariadenie a/alebo teplomer. Súčin tepelnej hodnoty nameranej kalorimetrom a rozdielu teplôt v bloku nám ukazuje entalpiu látky (látok).
Prietok
Tepelnú kapacitu plynu alebo kvapaliny môžete určiť pomocou prietokového labyrintového kalorimetra. Zaznamenáva teplotný rozdiel, ktorý vstupuje a vystupuje zo stacionárnych tokov skúmanej látky. Určuje tiež silu takéhoto prietoku a silu tepla generovaného elektrickým ohrievačom v jouloch.
Nástroj na meranie výkonu
Pri odpovedi na otázku, čo je to kalorimeter, bude dôležité spomenúť účel tohto zariadenia na určenie výkonu. Takéto zariadenie, na rozdiel od integrátora, musí byť vybavené významnou kapacitou prenosu tepla. To je potrebné, aby mohol odobrať množstvo tepla, ktoré sa do neho vnáša. Z toho vyplýva, že stav kalorimetra je v okamžitom meraní.
Tepelná hodnota výkonu procesu sa zisťuje pomocou plášťových kalorimetrov. Vynález vytvoril fyzik z Francúzska E. Calvet. Spočiatku bol mechanizmus prezentovaný vo forme kovového bloku vybaveného kanálmi. Boli na nich umiestnené špeciálne valcové články určené na uskutočňovanie skúmaného procesu. Kov použitý v konštrukcii fotoaparátu je plášť. Jeho teplota by sa mala udržiavať na konštantnej úrovni s presnosťou päť až šesť Kelvinov.
Rozdiel medzi teplotou článku a bloku sa meria pomocou termočlánku s až tisíckou spájok. Indikátory jeho EMF a prenosu tepla článku sú veličiny úmerné malému rozdielu teplôt, ktorý sa vyskytuje medzi komponentmi, ako je blok a článok. V tomto prípade sa teplo musí uvoľniť alebo absorbovať v samotnej bunke. Takéto bloky veľmi často obsahujú pár buniek, ktoré budú fungovať rozdielne.
Názov a klasifikácia
Bežné názvy pre kalorimetre sú:
- pre chemické reakcie;
- bomba;
- izotermický typ;
- nízkoteplotný typ;
- typ ľadu.
Všetky majú údaje o historickom pôvode. Za svoje meno zvyčajne vďačia oblasti, v ktorej sa budú používať. Tieto názvy sa však nevzťahujú na porovnávacie alebo úplné charakteristiky.
Všeobecný typ klasifikácie kalorimetrov je konštruovaný na základe zohľadnenia jednej z troch hlavných veličín, samostatne alebo spolu. Je to prístup k analýze ukazovateľov, ktorý určuje techniku merania teploty, ktorá má:
- kalorimetrický systém Tc;
- shell That;
- množstvo tepla uvoľneného L za jednotku času (tepelný výkon).
Kalorimetre s konštantnými hodnotami Tc a To sú izotermického typu a zariadenia, v ktorých Tc = To sa nazývajú adiabatické. Ak zariadenie pracuje v podmienkach s konštantným rozdielom teplôt, potom sa nazýva kalorimeter s konštantným prietokom výmeny tepla. Mechanizmus izoperibolu má konštantný To a Tc je tepelná funkcia výkonu L.
Konečné výsledky
Existuje množstvo faktorov, ktoré môžu ovplyvniť konečný výsledok merania. Jednou z nich je prítomnosť zmien, ktoré ovplyvňujú ich konečný výsledok. Je to kvôli spoľahlivosti automatickej sady regulátorov teploty pre izotermický alebo adiabatický plášť. V poslednom z nich je hodnota teploty určená jej blízkosťou k meniacim sa podmienkam celého kalorimetrického systému. Táto konštrukcia má ľahkosť kovového sita a je vybavená ohrievacím zariadením, ktoré znižuje prietok a hodnotu prestupu tepla na určitú úroveň, pri ktorej sa bude teplota kalorimetra meniť len o desatinné časti stupňa za minútu. To umožňuje znížiť tepelnú výmenu vyskytujúcu sa počas kalorimetrického experimentu na extrémne nízke hodnoty, ktoré možno zanedbať.
Zariadenia diskutované v článku zohrávajú obrovskú úlohu v ľudskom živote a sú jedným z veľmi významných úspechov vedy. Hlavnou funkciou kalorimetra je študovať údaje o zmene teploty a určiť prítomnosť defektov v procese prenosu tepla. Existujú rôzne spôsoby klasifikácie týchto zariadení, spojené so špecifickými parametrami, ktoré sa od seba výrazne líšia. Ako materiály na výrobu môže slúžiť široká škála kovov, napríklad medené kalorimetre, olovo, oceľ a iné. Okrem čistých látok možno použiť aj zliatiny.
Zariadenie na meranie energie častíc.
Encyklopedický YouTube
1 / 5
✪ Jednotná štátna skúška 2014 Fyzika: A9 - hliníkový valec bol ponorený do kalorimetra so studenou vodou
✪ Fyzika 8. ročník. Množstvo tepla. Jednotky na meranie množstva tepla
✪ Fyzika Kalorimeter obsahuje vodu s hmotnosťou mw = 2 kg, ktorej teplota je 30 0C. Do kalorimetra
✪ Jouleove experimenty
✪ Fyzika | Príprava na OH 2017 | Problém "Vyparili sme kalorimeter"
titulky
Moderné kalorimetre
Moderné kalorimetre pracujú v teplotnom rozsahu od 0,1 do 3500 a umožňujú merať množstvo tepla s presnosťou 0,01-10%. Konštrukcia kalorimetrov je veľmi rôznorodá a je určená povahou a trvaním skúmaného procesu, teplotným rozsahom, pri ktorom sa merania vykonávajú, množstvom meraného tepla a požadovanou presnosťou.
Typy kalorimetrov
Kalorimeter určený na meranie celkového množstva tepla Q, uvoľnený v procese od jeho začiatku až po dokončenie, sa nazýva integračný kalorimeter
Kalorimeter na meranie tepelného výkonu (rýchlosť uvoľňovania tepla) L a jeho zmeny v rôznych fázach procesu - merač výkonu alebo kalorimeter-osciloskop. Na základe konštrukcie kalorimetrického systému a spôsobu merania sa rozlišujú kvapalné a tuhé kalorimetre, jednoduché a dvojité (diferenciálne).
Kvapalný kalorimeter-integrátor
Kvapalný integrátorový kalorimeter s premenlivou teplotou s izotermickým plášťom sa používa na meranie teplôt roztoku a teplôt chemických reakcií. Pozostáva z nádoby s kvapalinou (zvyčajne vodou), ktorá obsahuje: komoru na uskutočňovanie skúmaného procesu („kalorimetrická bomba“), miešadlo, ohrievač a teplomer. Teplo uvoľnené v komore sa potom rozdeľuje medzi komoru, kvapalinu a ostatné časti kalorimetra, ktorých celok sa nazýva kalorimetrický systém zariadenia.
Pri kvapalinových kalorimetroch sa izotermická teplota plášťa udržiava konštantná. Pri určovaní tepla chemickej reakcie sú najväčšie ťažkosti často spojené nie so zohľadnením vedľajších procesov, ale s určením úplnosti reakcie a potrebou zohľadniť niekoľko reakcií.
Kalorimetrické merania
Zmena stavu (napríklad teploty) kalorimetrického systému umožňuje merať množstvo tepla privedeného do kalorimetra. Ohrev kalorimetrického systému sa zaznamenáva teplomerom. Pred meraním sa kalorimeter kalibruje - zisťuje sa zmena teploty kalorimetrického systému pri odovzdaní známeho množstva tepla (ohrievačom kalorimetra alebo v dôsledku chemickej reakcie v komore so známym množstvom štandardná látka). V dôsledku kalibrácie sa získa tepelná hodnota kalorimetra, to znamená koeficient, ktorým by sa mala vynásobiť zmena teploty kalorimetra nameraná teplomerom, aby sa určilo množstvo tepla, ktoré sa do neho zavádza. Tepelná hodnota takéhoto kalorimetra je tepelná kapacita (c) kalorimetrického systému. Určenie neznámeho spaľovacieho tepla alebo inej chemickej reakcie Q prichádza na meranie zmeny teploty Δ t kalorimetrický systém spôsobený skúmaným procesom: Q=cΔ t. Zvyčajne hodnota Q sa vzťahuje na hmotnosť látky umiestnenej v komore kalorimetra.
Vedľajšie procesy v kalorimetrických meraniach
Kalorimetrické merania umožňujú priamo určiť len súčet teplôt skúmaného procesu a rôznych vedľajších procesov, ako je miešanie, odparovanie vody, rozbitie ampulky látkou a pod. experimentálne alebo výpočtom a vylúčené z konečného výsledku. Jedným z nevyhnutných vedľajších procesov je výmena tepla kalorimetra s okolím prostredníctvom žiarenia a vedenia tepla. Aby sa zohľadnili vedľajšie procesy a predovšetkým prenos tepla, je kalorimetrický systém obklopený plášťom, ktorého teplota je riadená.
Izotermický integrátorový kalorimeter
V integrátorovom kalorimetri iného typu - izotermickom (konštantná teplota), privádzané teplo nemení teplotu kalorimetrického systému, ale spôsobuje zmenu agregovaného stavu telesa, ktoré je súčasťou tohto systému (napr. ľadu v Bunsenovom ľadovom kalorimetri). Množstvo vneseného tepla sa v tomto prípade vypočíta z hmotnosti látky, ktorá zmenila stav agregácie (napríklad hmotnosť roztopeného ľadu, ktorú možno merať zmenou objemu zmesi ľadu a vody) a teplo fázového prechodu.
Masívny integrátorový kalorimeter
Na stanovenie entalpie látok pri vysokých teplotách (do 2500 °C) sa najčastejšie používa masívny integrátorový kalorimeter. Kalorimetrický systém tohto typu kalorimetra je blok z kovu (zvyčajne medi alebo hliníka) s vybraniami pre nádobu, v ktorej prebieha reakcia, teplomer a ohrievač. Entalpia látky sa vypočíta ako súčin tepelnej hodnoty kalorimetra a rozdielu nárastu teploty bloku, meraného po vhodení ampulky s určitým množstvom látky do hniezda a potom prázdnej ampulky zahriatej na rovnakú teplotu.
Prietokové labyrintové kalorimetre
Tepelná kapacita plynov, niekedy aj kvapalín, sa zisťuje v tzv. prietokové labyrintové kalorimetre - rozdielom teplôt na vstupe a výstupe stacionárneho prúdu kvapaliny alebo plynu, výkonom tohto prietoku a Joulovým teplom uvoľneným elektrickým ohrievačom kalorimetra.
Kalorimeter - merač výkonu
Kalorimeter pracujúci ako merač výkonu, na rozdiel od integrátorového kalorimetra, musí mať značnú tepelnú výmenu, aby sa množstvá tepla v ňom rýchlo odoberali a stav kalorimetra bol určený okamžitou hodnotou výkonu tepelného proces. Tepelný výkon procesu sa zistí z výmeny tepla medzi kalorimetrom a plášťom. Takéto kalorimetre, vyvinuté francúzskym fyzikom E. Calvetom, sú kovovým blokom s kanálikmi, do ktorých sú umiestnené valcové články. Študovaný proces sa uskutočňuje v bunke; kovový blok plní úlohu plášťa (jeho teplota je udržiavaná konštantná s presnosťou 10 −5 -10 −6 K). Teplotný rozdiel medzi článkom a blokom meria termočlánok s až 1000 spojmi. Prenos tepla článku a emf termočlánku sú úmerné malému teplotnému rozdielu, ktorý nastáva medzi blokom a článkom, keď sa v ňom teplo uvoľňuje alebo absorbuje. Najčastejšie sú dva články umiestnené v bloku, ktorý funguje ako diferenciálny kalorimeter: termočlánky každého článku majú rovnaký počet spojov, a preto rozdiel v ich EMF umožňuje priamo určiť rozdiel v sile tepelných tokov vstupujúcich do bunky. Táto metóda merania umožňuje vylúčiť skreslenie nameranej hodnoty náhodnými výkyvmi teploty bloku. Na každom článku sú zvyčajne namontované dva termočlánky: jeden umožňuje kompenzovať tepelný výkon skúmaného procesu na základe Peltierovho javu a druhý (indikátor) slúži na meranie nekompenzovanej časti tepelného toku. V tomto prípade prístroj funguje ako diferenčný kompenzačný kalorimeter Pri izbovej teplote merajú takéto kalorimetre tepelný výkon procesov s presnosťou 1 μW.
Názvy kalorimetrov
Zvyčajné názvy kalorimetrov – „pre chemickú reakciu“, „bomba“, „izotermický“, „ľad“, „nízkoteplotné“ – sú historického pôvodu a označujú najmä spôsob a oblasť použitia kalorimetrov, bez toho, aby išlo o ich úplný alebo porovnávací popis.
Všeobecná klasifikácia kalorimetrov
Všeobecnú klasifikáciu kalorimetrov možno zostaviť na základe zváženia troch hlavných premenných, ktoré určujú techniku merania: teplota kalorimetrického systému Tc; teplota plášťa T o, obklopujúce kalorimetrický systém; množstvo tepla L, uvoľnené v kalorimetri za jednotku času (tepelný výkon).
Kalorimetre s konštantami Tc A T o nazývaný izotermický; s Tc = T o- adiabatický; kalorimeter pracujúci pri konštantnom teplotnom rozdiele Tc - T o, nazývaný kalorimeter s konštantnou výmenou tepla; pre izoperibolový kalorimeter (nazývaný aj kalorimeter s izotermickým plášťom) konštanta T o, A Tc je funkciou tepelnej energie L.
Faktory ovplyvňujúce konečný výsledok merania
Dôležitým faktorom ovplyvňujúcim konečný výsledok merania je spoľahlivá činnosť automatických regulátorov teploty pre izotermické alebo adiabatické plášte. V adiabatickom kalorimetri je teplota plášťa riadená tak, aby bola vždy blízka meniacej sa teplote kalorimetrického systému. Adiabatický plášť - mriežka z ľahkého kovu vybavená ohrievačom - znižuje prestup tepla natoľko, že sa teplota kalorimetra mení len o niekoľko desaťtisíc stupňov/min. Často to umožňuje znížiť prenos tepla počas kalorimetrického experimentu na nevýznamnú hodnotu, ktorú možno zanedbať. V prípade potreby sa do výsledkov priamych meraní zavedie korekcia na prestup tepla, ktorej spôsob výpočtu vychádza z Newtonovho zákona o prestupe tepla - úmernosti toku tepla medzi kalorimetrom a plášťom k rozdielu ich teplôt, ak je tento rozdiel malý (do 3-4 °C).
Pre kalorimeter s izotermickým plášťom je možné určiť teplo chemickej reakcie s chybou až 0,01 %. Ak sú rozmery kalorimetra malé, jeho teplota sa mení o viac ako 2-3 °C a skúmaný proces je dlhý, potom pri izotermickom plášti môže byť korekcia na prestup tepla 15-20 % nameranej hodnoty a výrazne obmedziť presnosť meraní. V týchto prípadoch je účelnejšie použiť adiabatickú škrupinu.
Pomocou adiabatického kalorimetra sa zisťuje tepelná kapacita tuhých a kvapalných látok v rozsahu od 0,1 do 1000 K. Pri izbovej a nižšej teplote sa adiabatický kalorimeter chránený vákuovým plášťom ponorí do Dewarovej banky naplnenej tekutým héliom. vodík alebo dusík. Pri zvýšených teplotách (nad 100 °C) sa kalorimeter vloží do termostaticky riadenej elektrickej pece.
"Konvekcia" - proces miešania. Termogravitačná konvekcia. Konvekcia. Prirodzená konvekcia. Typy konvekcií v dôsledku ich výskytu. Čo je to konvekcia? Existujú dva typy konvekcie. Typy konvekcií. Pohyb hmoty je spôsobený pôsobením niektorých vonkajších síl. Prenos tepla. Nútená konvekcia. Atmosférické javy.
„Chemická technológia paliva“ - Palivá pre prúdové motory. Plyny. Cetánové číslo. Benzíny. Vypočítané určenie centrálnej frekvencie. Oktánové čísla rôznych skupín uhľovodíkov. Parafíny a ceresíny. Metódy výpočtu. Tendencia motorových palív k výbuchu. Dieselové palivá. Horľavosť. Palivo pre plynovú turbínu a kotol. Teoretické základy chemickej technológie.
„Vnútorná energia“ - Materiály so zlou tepelnou vodivosťou. Vnútorná energia. Častice hmoty. S deformáciou sa zvyšuje aj energia. Vyhrievané telesá. Vnútorná energia klesá. Zahrievanie lyžice vo vriacej vode. Druhy prenosu tepla. Kovy. V akom stave agregácie je telo? Mechanická energia.
„Výpočet množstva tepla“ - Stanovenie množstva tepla. Množstvo tepla. Riešenie problémov. Vzorec na výpočet množstva tepla. Opakovanie. Výpočet množstva tepla. Učenie nového materiálu. Riešiť problémy. Vyrieš ten problém. Koľko tepla je potrebné na vykurovanie. Rozdiel. Čo ukazuje merná tepelná kapacita látky?
„Metódy prenosu tepla“ - Kvapalinový ohrev. Papierový veterník. Lopta. Tepelná vodivosť. Ohrev vody. Petrolejová lampa. Pripravte ľad v mrazničke. Diery. Spôsoby prenosu tepla. Prečo sa cítime v pohode, keď sa vejeme? Okenné sklo. Druhy prenosu tepla v termoske. Oheň v sitku. Druhy prenosu tepla. Žiarenie.
„Množstvo tepla“ – Q – teplo prijaté telom. Výmena tepla. História vzniku pojmov. Aké je množstvo tepla? Množstvo tepla. Prístroj na meranie množstva tepla. Moderné kalorimetre. J. Joule, anglický fyzik, ktorý študoval tepelné javy. Kalorimeter. Vysoko presný adiabatický kalorimeter.
Celkovo je 30 prezentácií
Kalorimeter, m. kalórie – teplo a gréčtina. metron – miera] (fyzický). Prístroj na meranie množstva tepla. Veľký slovník cudzích slov
Vedci začali merať množstvo tepla dávno predtým, ako sa pojem energie objavil vo fyzike. Potom bola zriadená špeciálna jednotka na meranie množstva tepla - kalórií (cal).
Kalória je množstvo tepla potrebné na zahriatie \(1\) g vody o \(1\)°C.
\(1\) cal \(= 4,19\) J \(≈ 4,2\) J.
Pojem „kalória“ (z latinského „calor“ - teplo) zaviedol do vedeckého používania francúzsky chemik Nicolas Clément-Desormes (\(1779-1842\)).
Nicolas Clément-Desormes
Jeho definícia kalórií ako jednotky tepla bola prvýkrát publikovaná v roku 1824 v časopise Le Producteur a vo francúzskych slovníkoch sa objavila v roku 1842.
Avšak dávno predtým, ako sa objavil tento termín, prvý kalorimetre - prístroje na meranie tepla.
Prvý kalorimeter vynašiel anglický chemik Joseph Black a v \(1759-1763\) ním zisťoval tepelné kapacity rôznych látok, latentné teplo topenia ľadu a vyparovanie vody.
Jozef Čierny
Slávni francúzski vedci Antoine Laurent Lavoisier (\(1743-1794\)) a Pierre Simon Laplace (\(1749-1827\)) využili vynález D. Blacka.
Antoine Laurent Lavoisier
Pierre Simon Laplace
V \(1780\) začali sériu kalorimetrických experimentov, ktoré umožnili merať tepelnú energiu.
Tento koncept sa nachádza už v 18. storočí v prácach švédskeho fyzika Johanna Karla Wilckeho (1732-1796), ktorý študoval elektrické, magnetické a tepelné javy a premýšľal o ekvivalentoch, v ktorých by sa dala merať tepelná energia.
Johann Karl Wilcke
Prístroj, ktorý sa neskôr začal nazývať kalorimeter, používali Lavoisier a Laplace na meranie množstva tepla uvoľneného pri rôznych fyzikálnych, chemických a biologických procesoch. V tom čase neexistovali presné teplomery, takže na meranie tepla bolo potrebné uchýliť sa k trikom.
Prvý kalorimeter bol ľadovo studený. Vnútorná dutá komora, kde bol umiestnený predmet vyžarujúci teplo (napríklad myš), bola obklopená plášťom naplneným ľadom alebo snehom. A ľadový plášť bol zasa obklopený vzduchom, aby sa ľad vplyvom vonkajšieho tepla neroztopil. Teplo z objektu vo vnútri kalorimetra zahrievalo a roztápalo ľad. Vážením roztopenej vody, ktorá vytekala z plášťa do špeciálnej nádoby, vedci určili teplo generované objektom.
Akékoľvek tepelné zmeny, ku ktorým dochádza v akomkoľvek hmotnom systéme, pri zmene jeho stavu, sa vyskytujú v opačnom poradí, keď sa systém vráti do pôvodného stavu.
Inými slovami, na rozklad vody na vodík a kyslík je potrebné vynaložiť rovnaké množstvo energie, aké sa uvoľní, keď vodík reaguje s kyslíkom za vzniku vody.
V tom istom \(1780\) roku Lavoisier vložil do kalorimetra morča. Teplo z jej dychu roztopilo sneh v jeho košeli. Potom nasledovali ďalšie experimenty, ktoré mali veľký význam pre fyziológiu.
Vtedy Lavoisier vyslovil myšlienku, že dýchanie zvieraťa je podobné horeniu sviečky, vďaka čomu sa v tele udržiava potrebný prísun tepla. Ako prvý tiež spojil tri najdôležitejšie funkcie živého organizmu: dýchanie, výživu a transpiráciu (vyparovanie vody). Odvtedy sa zrejme začalo rozprávať o tom, že jedlo sa v našom tele spaľuje.
V \(XIX\) storočí vďaka úsiliu slávneho francúzskeho chemika Marcelina Berthelota (\(1827-1907\)), ktorý publikoval viac ako 200 prác o termochémii, sa presnosť kalorimetrických metód výrazne zvýšila a vyvinuli sa pokročilejšie prístroje sa objavil - vodný kalorimeter a zapečatená kalorimetrická bomba.
Marcelín Berthelot
Posledné zariadenie je pre nás obzvlášť zaujímavé, pretože dokáže merať uvoľnené teplo pri veľmi rýchlych reakciách – horení a výbuchu.
Vzorka suchej testovanej látky sa naleje do téglika, umiestni sa do bombičky a nádoba sa hermeticky uzavrie. Látka sa potom zapáli elektrickou iskrou. Horí a odovzdáva teplo vode v okolitom vodnom plášti. Teplomery umožňujú presne zaznamenávať zmeny teploty vody.
V podobnom kalorimetri v tridsiatych rokoch 19. storočia uskutočnil svoje prvé experimenty s jedlom slávny nemecký chemik Justus von Liebig (\(1803-1873)), ktorý zdieľal Lavoisierove myšlienky, že jedlo je palivo pre telo, ako drevo na kúrenie. sporák.
Justus von Liebig
