열량계 : 역사, 부품, 유형 및 특성 - 화학 - 2025

열량계 알려진 특정 열의 물질의 양 (일반적으로 물)의 온도 변화를 측정하는 데 사용되는 장치이다. 이러한 온도 변화는 연구중인 공정에서 흡수되거나 방출되는 열 때문입니다. 반응 인 경우 화학적, 상 또는 상태 변화로 구성된 경우 물리적.

실험실에서 찾을 수있는 가장 간단한 열량계는 커피 잔의 열량계입니다. 수용액에서 일정한 압력에서 반응에서 흡수되거나 방출되는 열을 측정하는 데 사용됩니다. 반응은 시약 또는 기체 제품의 개입을 피하기 위해 선택됩니다.

출처 : Wikimedia Commons의 Ichwarsnur에 의해 발열 반응에서 방출되는 열의 양은 열량계와 수용액의 온도 상승으로 계산할 수 있습니다.

반응에서 발산되는 열량 = 열량계가 흡수 한 열량 + 용액이 흡수 한 열량

열량계가 흡수하는 열량을 열량계의 열용량이라고합니다. 이것은 주어진 양의 물로 알려진 양의 열을 열량계에 공급함으로써 결정됩니다. 그런 다음 열량계와 여기에 포함 된 용액의 온도 상승이 측정됩니다.

이 데이터와 물의 비열 (4.18 J / g.ºC)을 사용하여 열량계의 열량을 계산할 수 있습니다. 이 용량은 열량계 상수라고도합니다.

한편, 수용액에서 얻은 열은 m · ce · Δt와 같다. 공식에서 m = 물의 질량, ce = 물의 비열 및 Δt = 온도 변화. 이 모든 것을 알면 발열 반응에 의해 방출되는 열의 양을 계산할 수 있습니다.

열량계의 역사

1780 년, 화학의 아버지 중 한 명으로 여겨지는 프랑스 화학자 AL Lavoisier는 기니피그를 사용하여 호흡에 의한 열 생성을 측정했습니다.

어떻게? 열량계와 유사한 장치를 사용합니다. 기니피그에서 발생하는 열은 장치를 둘러싼 녹는 눈에 의해 입증되었습니다.

연구원 A. L Lavoisier (1743-1794)와 PS Laplace (1749-1827)는 얼음을 녹이는 방법으로 신체의 비열을 측정하는 데 사용되는 열량계를 설계했습니다.

열량계는 원통형 니스 처리 된 주석 컵으로 구성되어 있으며 삼각대로지지되고 내부는 깔때기로 마감되어 있습니다. 그 안에는 이전 유리와 유사한 다른 유리가 배치되었으며 외부 챔버를 통과하고 열쇠가 장착 된 튜브가 있습니다. 두 번째 유리 안에는 선반이있었습니다.

비열이 결정될 존재 또는 물체가이 그리드에 배치되었습니다. 얼음은 바구니에서와 같이 동심원 유리 안에 놓였습니다.

몸에서 생성 된 열이 얼음에 흡수되어 녹아 내 렸습니다. 그리고 얼음이 녹은 액체 물을 모아 내부 유리 열쇠를 열었습니다.

그리고 마지막으로 물이 무거워서 녹은 얼음의 질량이 알려졌습니다.

부속

화학 교육 실험실에서 가장 널리 사용되는 열량계는 소위 커피 컵 열량계입니다. 이 열량계는 비커로 구성되거나 특정 절연 특성을 가진 애니메이션 재료의 용기로 구성됩니다. 이 용기 안에 수용액은 열을 생성하거나 흡수 할 몸체와 함께 배치됩니다.

두 개의 구멍이있는 단열재로 만든 뚜껑이 용기의 상부에 놓여 있습니다. 하나에는 온도계가 삽입되어 온도 변화를 측정하고 다른 하나에는 수용액의 내용물을 이동시키는 기능을 수행하는 바람직하게는 유리 재질로 만들어진 교반기가 삽입됩니다.

이미지는 폭탄 열량계의 일부를 보여줍니다. 그러나 여러 열량계의 공통 요소 인 온도계와 교반기가 있음을 알 수 있습니다.

유형 및 특성

커피 한잔

발열 반응에 의해 방출되는 열과 흡열 반응에 흡수되는 열을 결정하는 데 사용되는 것입니다.

또한 신체의 비열을 결정하는 데 사용할 수 있습니다. 즉, 물질 1 그램이 섭씨 1도까지 온도를 높이기 위해 흡수해야하는 열의 양입니다. .

열량 측정 폭탄

일정한 부피로 발생하는 반응에서 발산되거나 흡수되는 열의 양을 측정하는 장치입니다.

반응은 많은 양의 물에 담근 강한 강철 용기 (펌프)에서 발생합니다. 이것은 수온 변화를 작게 유지합니다. 따라서 반응과 관련된 변화는 일정한 부피와 온도에서 측정되는 것으로 가정합니다.

이것은 폭탄 열량계에서 반응이 수행 될 때 작업이 수행되지 않음을 나타냅니다.

반응은 펌프에 연결된 케이블을 통해 전기를 공급함으로써 시작됩니다.

단열 열량계

차폐라고하는 절연 구조가 특징입니다. 실드는 열과 온도 변화가 발생하는 셀 주변에 있습니다. 마찬가지로 온도를 셀의 온도와 매우 가깝게 유지하여 열 전달을 방지하는 전자 시스템에 연결됩니다.

단열 열량계에서는 열량계와 주변 온도 차이가 최소화됩니다. 열전달 계수와 열교환 시간을 최소화합니다.

그 부분은 다음으로 구성됩니다.

-열 손실을 방지하기 위해 절연 시스템에 통합 된 셀 (또는 컨테이너).

-온도계는 온도 변화를 측정합니다.

-제어 가능한 전압 소스에 연결된 히터.

-그리고 이미 언급 한 방패.

이러한 유형의 열량계에서는 엔트로피, Debye 온도 및 상태 전자 밀도와 같은 속성을 결정할 수 있습니다.

등거리 열량계

반응 셀과 펌프를 자켓이라 불리는 구조에 담그는 장치입니다. 이 경우 소위 재킷은 일정한 온도로 유지되는 물로 구성됩니다.

연소 과정에서 열이 방출됨에 따라 전지와 펌프의 온도가 상승합니다. 그러나 워터 재킷의 온도는 고정 된 온도로 유지됩니다.

마이크로 프로세서는 셀과 재킷의 온도를 제어하여 두 온도 사이의 차이로 인해 발생하는 누설 열을 수정합니다.

이러한 보정은 테스트 전후의 측정을 기반으로 최종 보정과 함께 지속적으로 적용됩니다.

유량 열량계

Caliendar에서 개발 한이 제품에는 컨테이너의 가스를 일정한 속도로 이동시키는 장치가 있습니다. 열을 추가하면 유체의 온도 상승이 측정됩니다.

유량 열량계의 특징은 다음과 같습니다.

-일정한 흐름 속도의 정확한 측정.

-히터를 통해 유체에 유입되는 열량을 정확하게 측정합니다.

-에너지 입력으로 인한 가스의 온도 상승을 정확하게 측정

-압력을받는 가스의 용량을 측정하는 설계.

시차 주사 열량계 용 열량계

두 개의 용기가있는 것이 특징입니다. 하나에는 연구 할 샘플이 놓여 있고 다른 하나는 비어 있거나 참조 자료가 사용됩니다.

두 용기는 두 개의 독립적 인 히터를 통해 일정한 에너지 속도로 가열됩니다. 두 용기가 가열되기 시작하면 컴퓨터는 온도에 대한 히터의 열유속 차이를 플로팅하여 열유속을 결정합니다.

또한 시간의 함수로서 온도의 변화를 결정할 수 있습니다. 마지막으로 칼로리 용량입니다.

응용

물리 화학에서

-기본 열량계 인 커피 컵 타입으로 인체가 발산하거나 흡수하는 열량을 측정 할 수 있습니다. 반응이 발열인지 흡열인지 확인할 수 있습니다. 또한 신체의 비열을 결정할 수 있습니다.

-단열 열량계를 사용하면 화학 공정의 엔트로피와 상태의 전자 밀도를 결정할 수 있습니다.

생물학적 시스템에서

-Microcalorimeters는 분자 간의 상호 작용과 발생하는 분자 구조 변화를 포함하는 생물학적 시스템을 연구하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 분자의 전개에서. 이 라인에는 시차 스캐닝과 등온 적정이 모두 포함됩니다.

-미량 열량계는 저분자 약물, 바이오 치료제 및 백신 개발에 사용됩니다.

산소 펌프 열량계 및 열량

산소 폭탄 열량계에서는 많은 물질의 연소가 발생하며 그 열량 값을 결정할 수 있습니다. 이 열량계를 사용하여 연구 된 물질 중에는 석탄과 코크스가 있습니다. 무겁고 가벼운 식용유; 가솔린 및 모든 자동차 연료.

항공기 제트기 용 연료 유형 폐기물 연료 및 폐기물 처리; 인간 영양을위한 식품 및 보충제; 동물 사료용 사료 작물 및 보충제; 건축 자재; 로켓 연료와 추진제.

마찬가지로, 열량은 가연성 물질의 열역학 연구에서 열량계에 의해 결정되었습니다. 생태학의 에너지 균형 연구에서; 폭발물 및 열 분말 및 기본 열역학 방법 교육.

참고 문헌

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. 화학. (8 판). CENGAGE 학습.
2. González J., Cortés L. & Sánchez A. (nd). 단열 열량계 및 그 응용. 출처 : cenam.mx
3. Wikipedia. (2018). 열량계. 출처 : en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018 년 6 월 22 일). 화학에서의 열량계 정의. 출처 : thoughtco.com
5. Gillespie, Claire. (2018 년 4 월 11 일). 열량계는 어떻게 작동합니까? 과학. 출처 : sciencing.com