Un calorimètre peut sembler être un équipement scientifique sophistiqué, mais il s'agit en fait d'un appareil de mesure de la chaleur très simple que vous pouvez utiliser chez vous avec deux tasses à café. Souvent utilisé dans des expériences de projets scientifiques, il mesure la quantité de chaleur impliquée dans un processus chimique ou physique, tel que le transfert de chaleur ou la chaleur spécifique d'une substance.
TL; DR (Trop long; Pas lu)
La température du liquide change quand il gagne ou perd de l'énergie. Un calorimètre mesure la masse de liquide et le changement de température du liquide pour déterminer la quantité d'énergie gagnée ou perdue par le liquide.
Composants d'un calorimètre
Un calorimètre a deux récipients: un vaisseau externe et un vaisseau interne. L'air entre les deux récipients agit comme un isolant thermique, ce qui signifie qu'il n'y a pas (ou très peu) d'échange de chaleur entre ce qui est à l'intérieur du récipient intérieur et l'environnement extérieur. Les calorimètres utilisés dans les laboratoires de sciences ont un anneau de fibres en matériau isolant pour maintenir le vaisseau interne au centre du vaisseau externe. Ils comprennent un thermomètre pour mesurer la température du liquide dans le récipient interne et un agitateur pour agiter le liquide et répartir la chaleur dans le vaisseau. Il est facile de fabriquer un calorimètre à la maison avec des tasses en polystyrène, un couvercle, un thermomètre et un agitateur. Cependant, un calorimètre «tasse à café» permet plus d'échange de chaleur avec son environnement et produit des résultats moins précis.
Mesure du transfert de chaleur
Si une réaction exothermique (une réaction chimique qui libère de l'énergie par la lumière ou la chaleur) se passe dans une solution dans un calorimètre, la solution utilise la chaleur, ce qui élève sa température. Si une réaction endothermique (une réaction qui absorbe l'énergie de son environnement) se produit, la solution perd de la chaleur, ce qui abaisse sa température. La différence de température, ainsi que la chaleur spécifique et la masse de la solution, permettent de déterminer la quantité de chaleur utilisée par la réaction. Par exemple, si vous placez un morceau de cuivre chaud dans une quantité d'eau froide dans un calorimètre, la chaleur s'écoulera du cuivre vers l'eau. La température du cuivre diminuera, et la température de l'eau augmentera jusqu'à ce qu'ils aient la même température (équilibre thermique). Vous ne gagnez pas ou ne perdez pas de chaleur pendant le processus, car le calorimètre permet tout transfert de chaleur entre les deux substances.
Mesure de la chaleur spécifique
La chaleur spécifique est la quantité d'énergie nécessaire pour produire un changement de température de 1 degré Celsius par gramme de substance, et il varie entre les substances. Par exemple, la chaleur spécifique de l'eau est de 1,00 calorie /gramme degrés Celsius. Pour déterminer la chaleur spécifique d'un métal inconnu, placez un morceau chauffé du métal dans l'eau dans le récipient interne du calorimètre. Une fois que vous avez mesuré la température finale du métal et de l'eau, comme la température la plus élevée atteinte par l'eau, vous pouvez déterminer la chaleur spécifique du métal. Premièrement, multipliez la masse d'eau par la chaleur spécifique de l'eau par le changement de température de l'eau, puis multipliez la masse de métal par le changement de température du métal. Divisez votre première réponse par votre deuxième réponse pour établir la chaleur spécifique du métal.
