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Termodinâmica.
Transformação de energia

Energia térmica I combustão.
Efeitos da termodinâmica

Entropia

Calorímetro

Calorímetro

Um calorímetro, um dispositivo para medir a quantidade de calor liberado ou absorvido em qualquer processo físico, químico ou biológico.

Os calorímetros modernos operam na faixa de temperatura de 0,1 a 3500 Kelvin e permitem medir a quantidade de calor com uma precisão de 0,01 a 10%. O arranjo dos calorímetros é muito diversificado e é determinado pela natureza e duração do processo em estudo, a faixa de temperaturas nas quais são feitas as medições, a quantidade de calor medida e a precisão necessária.

Na termodinâmica, os calorímetros são usados ​​para medir a entalpia de um processo termodinâmico.

Calorímetros e energia solar

Uma das aplicações dos calorímetros no campo da energia solar é encontrada em sistemas de energia solar térmica. Esses dispositivos são importantes para o cálculo da eficiência térmica em sistemas de aquecimento e geração de água quente sanitária.

O calorímetro, em um sistema de aquecimento, é um dispositivo instalado em cada radiador e mede duas temperaturas: a da superfície do mesmo e o ambiente da sala, calculando o consumo com esses dados e com base nas características e tamanho do radiador

Tipos de calorímetros

Um calorímetro projetado para medir a quantidade total de calor Q liberado durante o processo, do início ao fim, é chamado calorímetro de integração.

O calorímetro é usado para medir a potência térmica e suas alterações em diferentes estágios do processo termodinâmico, por meio de um medidor de potência ou de um osciloscópio-calorímetro. O design do sistema calorimétrico e o método de medição distinguem calorímetros líquidos e maciços, simples e duplos (diferenciais).

Calorímetro de integração de líquidos

Um integrador de calorímetro líquido de temperatura variável com uma cobertura isotérmica é usado para medir aquecimentos de dissolução e aquecimentos de reações químicas ou energia química. Consiste em um recipiente com líquido (geralmente água), no qual existe: uma câmara para realizar o processo em estudo ("bomba calorimétrica"), um agitador, um aquecedor e um termômetro. O calor liberado na câmara é então distribuído entre a câmara, o líquido e outras partes do calorímetro, cuja totalidade é chamada de sistema calorimétrico do dispositivo.

Nos calorímetros líquidos, a temperatura isotérmica da tampa permanece constante. Ao determinar o calor de uma reação química, as maiores dificuldades geralmente estão associadas não à consideração de processos secundários, mas à determinação da integridade da reação e à necessidade de levar em consideração várias reações.

Medições calorimétricas

Uma mudança no estado (por exemplo, a temperatura) do sistema calorimétrico permite medir a quantidade de calor introduzida no calorímetro. O aquecimento do sistema calorimétrico é registrado com um termômetro. Antes de realizar medições, o calorímetro é calibrado: a mudança de temperatura do sistema calorimétrico é determinada quando uma quantidade conhecida de calor é comunicada a ele (por um aquecedor de calorímetro ou como resultado de uma reação química na câmara com uma quantidade conhecida de substância padrão).

Como resultado da calibração, é obtido o valor térmico do calorímetro, ou seja, o coeficiente pelo qual a mudança na temperatura do calorímetro medida pelo termômetro deve ser multiplicada para determinar a quantidade de calor introduzida nele. O valor térmico desse calorímetro é a capacidade de calor do sistema calorimétrico. A determinação do valor calorífico desconhecido ou outra reação da termodinâmica química Q é reduzida para medir a mudança de temperatura Δt do sistema calorimétrico causada pelo processo em estudo: Q = c Δt. Normalmente, o valor Q refere-se à massa da substância na câmara do calorímetro.

Processos secundários em medições calorimétricas

As medidas calorimétricas permitem determinar diretamente apenas a soma dos aquecimentos do processo em estudo e vários processos secundários, como mistura, evaporação de água, ruptura de um frasco com uma substância, etc. O calor dos processos secundários deve ser determinado empiricamente ou por cálculo e excluído do resultado final.

Um dos inevitáveis ​​processos termodinâmicos secundários é a troca de calor do calorímetro com o meio ambiente através de radiação e condutividade térmica. Para levar em conta os processos secundários e, sobretudo, a transferência de calor, o sistema calorimétrico é cercado por uma concha cuja temperatura é controlada.

Calorímetro de integração isotérmica

No estudo da termodinâmica, existe outro tipo de calorímetro integrativo: isotérmico (temperatura constante), o calor introduzido não altera a temperatura do sistema calorimétrico, mas causa uma alteração no estado de agregação do corpo que faz parte desse sistema (por exemplo, , o gelo derretendo no calorímetro de gelo de Bunsen).

A quantidade de calor introduzida é calculada neste caso pela massa da substância que alterou o estado de agregação (por exemplo, a massa de gelo derretido, que pode ser medida pela mudança no volume da mistura de gelo e água) e o calor da transição de fase.

Calorímetro Integrativo de Massa

Um calorímetro integrativo maciço é usado com mais freqüência para determinar a entalpia de substâncias em altas temperaturas (até 2500 graus Celsius). O sistema calorimétrico para esse tipo de calorímetro é um bloco de metal (geralmente cobre ou alumínio) com orifícios para o vaso no qual a reação ocorre, para o termômetro e o aquecedor.

A entalpia de uma substância é calculada como o produto do valor térmico do calorímetro pela diferença no aumento de temperatura do bloco, medido após a queda de um blister com uma certa quantidade de substância em seu ninho e, em seguida, um blister vazio aquecido para a mesma temperatura

Fluxo do calorímetro do labirinto

A capacidade de calor dos gases, e às vezes dos líquidos, é determinada no chamado. Calorímetros de labirinto de vazão: de acordo com a diferença de temperatura na entrada e saída de um fluxo estacionário de líquido ou gás, a potência desse fluxo e o calor em joules emitidos pelo aquecedor elétrico do calorímetro.

Calorímetro - medidor de energia

Um calorímetro que funciona como um medidor de energia, em contraste com um calorímetro de integração, deve ter uma troca de calor significativa para que as quantidades de calor introduzidas nele sejam rapidamente eliminadas e o status do calorímetro seja determinado pelo valor instantâneo da energia. do processo térmico. A energia térmica do processo é encontrada na troca de calor do calorímetro com a carcaça.

Esses calorímetros, desenvolvidos pelo físico francês E. Calvet, são um bloco de metal com canais nos quais as células cilíndricas são colocadas. Na célula, o processo investigado é realizado; um bloco de metal desempenha o papel de uma concha (sua temperatura permanece constante com uma precisão de 10 a 5 a 10 a 6 K). A diferença de temperatura entre a célula e a unidade é medida por uma termopilha com até 1000 juntas. A troca de calor da célula e a EMF da termopilha é proporcional à pequena diferença de temperatura que surge entre a unidade e a célula quando o calor é liberado ou absorvido.

Muitas vezes, duas células são colocadas no bloco, que funcionam como um calorímetro diferencial: a termopilha de cada célula tem o mesmo número de articulações e, portanto, a diferença em sua EMF permite determinar diretamente a diferença de potência. do fluxo de calor que entra nas células.

Este método de medição elimina a distorção do valor medido por flutuações aleatórias na temperatura do bloco. Geralmente, duas baterias térmicas são montadas em cada célula: uma permite compensar a energia térmica do processo em estudo com base no efeito Peltier, e a outra (indicador) é usada para medir a parte não compensada do fluxo de calor. Nesse caso, o dispositivo funciona como um calorímetro de compensação diferencial. À temperatura ambiente, os calorímetros medem a potência térmica dos processos com uma precisão de 1 μW.

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Última revisão: 26 de setembro de 2019