熱量計は既知の特定の熱の物質の量（通常は水）の温度変化を測定するために使用される装置です。この温度変化は、調査中のプロセスで吸収または放出される熱によるものです。反応の場合は化学的、相または状態の変化からなる場合は物理的。
実験室で見つけることができる最も簡単な熱量計はコーヒーガラスのそれです。水溶液中で、一定圧力での反応で吸収または放出される熱を測定するために使用されます。反応は、試薬またはガス状生成物の介入を回避するように選択されます。
出典：Ichwarsnur、Wikimedia Commonsから発熱反応では、熱量計と水溶液の温度上昇から、放出される熱量を計算できます。
反応で放出される熱量=熱量計が吸収する熱量+溶液が吸収する熱量
熱量計が吸収する熱量は、熱量計の熱容量と呼ばれます。これは、既知の量の熱を所定の質量の水とともに熱量計に供給することによって決定されます。次に、熱量計とそれに含まれる溶液の温度上昇が測定されます。
これらのデータと水の比熱（4.18 J /g.ºC）を使用すると、熱量計の熱容量を計算できます。この容量は、熱量計定数とも呼ばれます。
一方、水溶液によって得られる熱は、m・ce・Δtに等しくなります。式m =水の質量、ce =水の比熱、Δt=温度変化。これをすべて知っていると、発熱反応によって放出される熱の量を計算できます。
熱量計の歴史
1780年、化学の父の1人と見なされていたフランスの化学者AL Lavoisierは、モルモットを使用して呼吸による熱の発生を測定しました。
どうやって？熱量計に似た装置を使用する。モルモットによって生成された熱は、装置を囲んでいた融雪によって証明されました。
研究者A. Lラヴォイジエ（1743-1794）とPSラプラス（1749-1827）は、氷を溶かす方法で体の比熱を測定するために使用される熱量計を設計しました。
熱量計は、三脚で支えられ、内部に漏斗で終端された、ニスを塗った円筒形の錫のカップで構成されていました。その中に、前のものと同様に、外側のチャンバーを通過し、キーが取り付けられたチューブが付いた別のガラスが置かれました。2枚目のガラスの中にラックがありました。
比熱が決定される存在またはオブジェクトは、このグリッドに配置されました。氷はバスケットのように同心円状のグラスの中に置かれました。
体が生み出した熱は氷に吸収され、氷を溶かしました。そして、氷が溶けた液体の水製品が集められ、内部のガラスの鍵を開けた。
そして最後に、水が重いため、溶けた氷の質量がわかりました。
部品
化学教育研究所で最も広く使用されている熱量計は、いわゆるコーヒーカップ熱量計です。この熱量計は、ビーカー、または代わりに、特定の断熱特性を持つアニメ素材の容器で構成されています。この容器の内側に、熱を生成または吸収しようとする体とともに水溶液が入れられます。
容器の上部には、2つの穴が開いた断熱材製の蓋をします。一方では、温度変化を測定するために温度計が挿入され、他方では、水溶液の内容物を移動させる機能を果たす、好ましくはガラス材料でできている攪拌機が挿入される。
画像は爆弾熱量計の部品を示しています。しかし、いくつかの熱量計に共通の要素である温度計と攪拌機を備えていることがわかります。
タイプとその特性
一杯のコーヒー
これは、発熱反応によって放出される熱、および吸熱反応で吸収される熱の決定に使用されるものです。
さらに、体の比熱を決定するのに使用できます。つまり、物質のグラムが摂氏1度まで温度を上げるために吸収する必要がある熱の量。。
熱量測定爆弾
これは、一定の体積で発生する反応で放出または吸収される熱量が測定されるデバイスです。
反応は、大量の水に浸された強力な鋼製容器（ポンプ）内で行われます。これにより、水温の変化が小さく抑えられます。したがって、反応に関連する変化は、一定の体積と温度で測定されると想定されます。
これは、爆弾の熱量計で反応が行われているときに何も行われないことを示しています。
反応は、ポンプに接続されたケーブルを介して電気を供給することによって開始されます。
断熱熱量計
シールドと呼ばれる絶縁構造を持っているのが特徴です。シールドは、熱と温度の変化が発生するセルの周囲に配置されます。同様に、セルの温度に非常に近い温度を維持する電子システムに接続されているため、熱伝達が回避されます。
断熱熱量計では、熱量計とその周囲の温度差が最小限に抑えられます。また、熱伝達係数と熱交換時間を最小限に抑えます。
その部分は以下で構成されます。
-断熱システムに組み込まれたセル（またはコンテナー）。これにより、熱損失を回避しようとします。
-温度の変化を測定する温度計。
-制御可能な電圧源に接続されたヒーター。
-そしてシールドはすでに述べました。
このタイプの熱量計では、エントロピー、デバイ温度、および状態電子密度などの特性を決定できます。
イソペリボル熱量計
反応セルとポンプをジャケットと呼ばれる構造物に浸す装置です。この場合、いわゆるジャケットは水で構成され、一定の温度に保たれます。
燃焼プロセス中に熱が放出されると、セルとポンプの温度が上昇します。ただし、ウォータージャケットの温度は一定に保たれます。
マイクロプロセッサがセルとジャケットの温度を制御し、2つの温度の差から生じる漏れ熱に必要な補正を行います。
これらの修正は継続的に適用され、最終的な修正とともに、テスト前後の測定に基づいています。
フローカロリメーター
カリエンダーが開発した、コンテナ内のガスを一定速度で移動させる装置を搭載。熱を加えることにより、流体の温度上昇が測定されます。
フローカロリメータは次の特徴があります。
-一定の流れの速度の正確な測定。
-ヒーターを通して流体に導入される熱量の正確な測定。
-エネルギー入力によって引き起こされるガスの温度上昇の正確な測定
-圧力下のガスの容量を測定する設計。
示差走査熱量測定用の熱量計
それは2つの容器を持っていることによって特徴付けられます：1つは調査対象のサンプルが置かれ、もう1つは空のままにされるか、参照物質が使用されます。
2つの容器は、2つの独立したヒーターによって一定のエネルギーで加熱されます。2つの容器の加熱が始まると、コンピューターはヒーターからの熱流の温度差をプロットし、熱流を決定します。
さらに、時間の関数としての温度の変化を決定できます。そして最後に、カロリー容量。
用途
物理化学では
-基本的な熱量計、コーヒーカップのタイプは、体が放出または吸収する熱量を測定できます。それらでは、反応が発熱か吸熱かを判断できます。さらに、体の比熱を決定することができます。
-断熱熱量計を使用して、化学プロセスのエントロピーと状態の電子密度を決定することができました。
生物系では
-マイクロカロリメーターは、分子間の相互作用や発生する分子の構造変化を含む生物学的システムを研究するために使用されます。たとえば、分子の展開です。ラインには、示差走査と等温滴定の両方が含まれます。
-マイクロカロリメーターは、低分子医薬品、生物療法、ワクチンの開発に使用されています。
酸素ポンプ熱量計と熱量
酸素ボンベカロリメータでは、多くの物質の燃焼が起こり、その熱量を測定することができます。この熱量計を使用して調査された物質には次のものがあります。重くて軽い食用油; ガソリンとすべてのモーター燃料。
航空機ジェットの燃料の種類だけでなく、廃棄物燃料と廃棄物処理; 人間の栄養のための食品とサプリメント; 飼料作物および動物飼料用サプリメント。建設資材; ロケット燃料と推進剤。
同様に、熱量は可燃性物質の熱力学的研究における熱量測定によって決定されています。生態学におけるエネルギーバランスの研究; 爆発物や熱粉末、および基本的な熱力学的方法の教示において。
参考文献
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