Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Федерального государственного бюджетного

образовательного учреждения

Новосибирский государственный технический университет

Реферат по физическим методам исследования материалов

На тему «Калориметрия».

Выполнил:	студент гр. ММ-201 Плехотко Е.В.
Проверил:	Батаев Иван Анатольевич

Новосибирск

2014г.

I. Введение (актуальность темы) ……………………………………………..….3

II.История (создание и развитие)………………………………………………...4

III. Основная часть (Типы калориметров)…………………………………….…5

1. Калориметры с постоянной и переменной температурой……………...…..5

2. Теория калориметрического опыта……………………………………….…6

а) Диатермический метод при переменной скорости теплообмена…..7

б) Диатермический метод с постоянной скоростью теплообмена..…..8

в) Адиабатный метод…………………………………………………….9

IV. Методы измерения количества тепла………………………………………10

V. Обыкновенный калориметр.(части прибора)……………………………….10

а) Калориметрическая жидкость……………………………………….10

б) Калориметрический сосуд…………………………………………...11

в) Мешалка……………………………………………………………....12

г) Простая оболочка…………………………………………………….12

д) Нагреватель…………………………………………………………...13

VI. Классификация калориметров. (Примеры)………………………………...15

VII. Заключение (Применение)………………………………………………....18

VIII. Список литературы………………………………………………………...20

Введение.

Практически все природные процессы, связаны с превращением энергии- выделением или поглощением тепла.

Исследование тепловых явлений химических реакций и физико-химических процессов является задачей термохимии- одного из разделов химической термодинамики. Основным экспериментальным методом в термохимии, с помощью которого измеряются тепловые эффекты, является калориметрия. Калориметрия – это множество методов и средств для определения тепловых эффектов, которые происходят под действием физических, химических и биологических процессов. Калориметрия применяется для определения удельной теплоемкости (какая величина тепла, необходима для повышения температуры на объема вещества на один градус или единицы массы), теплоты плавления или испарения (какая величина тепла, необходима для плавления или испарения объема вещества или единицы массы) и теплоты реакций (какая величина тепла, необходима при выделение или поглощение при химических реакциях).

Первые калориметрические исследования почти все применялись для определения физических свойств тела, так и для определения теплоемкости, теплота испарения, плавления и пр. С того же времени, когда появилась попытка измерить химическое сходство тел с помощью определения количества тепла, которое поглощается или выделяется при их взаимодействии, и на базе этого можно объяснить развитие и направление разных химических реакций, образовалась термохимия. Калориметрические измерения начинают влиять на решение множества теоретических вопросов химии и входят в глобальное распространение.

Большое число работ по калориметрии связано с проблемами физики твердого тела. Результаты калориметрических исследований позволяют изучать полную термодинамическую характеристику интересующего нас явления и делать более категоричные выводы и предсказания. Характерно, что термодинамический подход широко заинтересовал, так же и биологов, все более внедряющих точные методы при исследовании процессов в живых организмах.

История.

Основателем калориметрии стал Дж. Блэка. В середине 18 века впервые им был создан ледяной калориметр. В 1762 он вводит понятие скрытой теплоты плавления и измеряет теплоту плавления льда. Затем Блэк предполагает, что аналогичным образом должен протекать и процесс кипения, и вводит определение скрытой теплоты парообразования. Так же он заметил, что при плавлении льда и кипении воды температура системы остается постоянной.

Французские ученые Антуан Лоран Лавуазье́

и Пьер-Симон де Лаплас в 1780 ввели термин "калориметр".С помощью ледяного калориметра можно измерить количество теплоты, которое выделяется в физических, химических или биологических процессах. Первый калориметр был заполнен не водой, а льдом.

Ледяным калориметром ещё в 18 веке измеряли теплоёмкость многих твёрдых тел и жидкостей, также теплоту сгорания различных топлив и теплоты, которые выделяют живые организмы. Например, теплоту, которую отдает животное (или какой-нибудь другой объект) во внутренней камере. Эта теплота расходуется на плавление льда во внутренней «ледяной рубашке». Внешняя камера служит для того, чтобы поддерживать температуру внутренней части неизменной. Теплоту выделенную объектом измеряли, взвешивая талую воду, стекавшую в сосуд.

В 1830 г. французский физик П.Л.Дюлонг создал водяной калориметр, с его помощью можно определять теплоту сгорания многих веществ.

Так же встречаются калориметры, которые в литературе имеют, такие названия: «бомбовый», «изотермический», «ледяной», «для химической реакции», «низкотемпературный» –они указывают на историческое происхождение и на способ и область применения калориметров, не показывая ни подробную, ни относительную их характеристику.

Современные калориметры весьма разнообразны по конструкции, характеру и продолжительности изучаемого процесса, так же по области температур, при которых проводятся измерения, количеством измеряемой теплоты и требуемой точностью. Практически все современные калориметры – это высокотехнологичные приборы без привычных термометров. Привычные термометры заменили датчики температуры, которые встроены в калориметр. Данные датчиков выводят на дисплей измерения калориметра, так же прибор может быть подключен к компьютеру. Что позволяет контролировать эксперимент, а также расчёты в соответствии с международными стандартами. Данные калориметры используются в лабораториях для измерения: теплоты сгорания топлива, экспресс-анализа качества и состава нефтепродуктов, анализа параметров других видов топлива. Работа современных калориметров происходит в диапазоне температур от 0,1 до 3500 К и точность измерения количества теплоты составляет не более 2%.

В калориметрии аппаратура весьма различна, т.к. подход к решению калориметрических задач определяется исследуемым процессом и условиями его проведения. Определение количества теплоты выделившейся (или поглотившейся) в том или ином процессе. Приводят в специальном приборе- калориметре.

Совокупность частей калориметра, между которыми распределяется все тепло, подлежащее измерению, называют калориметрической системой. Калориметрические измерения, как правило, состоят в наблюдении за изменением температуры калориметрической системы во время опыта.

Калориметры различают по назначению, рабочему интервалу температур, числу реакционных камер и т.д.

Собственно калориметр, как правило означает сосуд, в котором происходят измеряемые тепловые явления. Выделяющаяся или поглощающаяся в этом сосуде теплота вызывает изменение температуры калориметра, вследствие чего возникает теплообмен с внешней средой. Теплообмен имеет место между поверхностью калориметрического сосуда(внутренней оболочкой) и поверхностью полости (внешней оболочкой), в которой помещен сосуд.

Типы калориметров.

Калориметры с постоянной и переменной температурой.

Устройство калориметров разнообразно. Однако различие сведено до некоторой степени к двум типам: 1.калориметрирам с переменной температурой 2.калориметрам с постоянной температурой.

Первые калориметры характеризуются изменением их температуры во время опыта. Большая часть этого изменения вызывается теплом, подлежащим измерению, а значительно меньшая- влиянием окружающей среды и посторонними явлениями, происходящими в калориметре, но не связанными с исследуемым тепловым процессом. Последняя часть измерения температуры должна быть либо учитываемой, либо устранимой. Это обусловливает разнообразие устройства калориметров, применение различных методов работ с одним и тем же калориметром. Касаясь устройства калориметров с переменной температурой, отметим, что последние употребляются в виде: 1. Обыкновенных с калориметрической жидкостью 2. Массивных с металлическим телом 3. Вакуумных 4. Двойных и других. В обыкновенных, массивных и вакуумных калориметрах опыты проводятся либо так, что поправку на теплообмен можно вычислить, либо- свести ее значение к нулю.

В двойных калориметрах необходимость учета поправки на теплообмен устраняется самим устройством калориметра. Любой двойной калориметр представляет собой две совершенно одинаковые калориметрические системы равной температуры, а потому и имеющие одинаковый теплообмен. В одну из них вводится неизвестное количество тепла, а в другую- известное и равное первому, что определяется тем, что равенство температур обеих систем во время опыта не нарушается. Тогда тепло, сообщаемое одной калориметрической системе, равно теплу, полученному другой.

Вторые калориметры, называемые изотермическими, бывают с плавящимся твердым телом и с испаряющейся жидкостью. Работа с ними характеризуется тем, что температура калориметра во время опыта не меняется потому, что все тепло, сообщаемое калориметру, идет на изменение агрегатного состояния вещества, которое является в данном случае главной частью калориметрической системы. (например, жидкий азот, лед). Тогда тепло, сообщаемое калориметру, определяется количеством вещества, изменившим свое агрегатное состояние.