Par Claire Gillespie
Mis à jour le 30 août 2022
Anatolie Тушенцов/iStock/GettyImages
Un calorimètre peut ressembler à un gadget de haute technologie, mais il s’agit d’un simple appareil de mesure de la chaleur qui peut être construit à la maison avec deux tasses de café. Fréquemment utilisé dans les projets scientifiques scolaires, il quantifie l'énergie échangée dans des processus chimiques ou physiques, tels que le transfert de chaleur ou la chaleur spécifique d'une substance.
La chaleur fait monter ou baisser la température d’un liquide. En enregistrant la masse du liquide et le changement de température qui en résulte, un calorimètre calcule l'énergie gagnée ou perdue.
Un calorimètre de base se compose de deux récipients :un récipient extérieur et un récipient intérieur emboîté. L'air (ou la mousse) entre eux agit comme un isolant thermique, empêchant les échanges thermiques avec le milieu extérieur. Les calorimètres de qualité laboratoire comportent souvent un anneau en fibre qui maintient le récipient intérieur centré, un thermomètre pour suivre la température et un agitateur pour répartir la chaleur uniformément. Une version maison « tasse à café » est plus simple mais moins précise en raison d'une plus grande perte de chaleur dans l'environnement.
Lorsqu’une réaction exothermique libère de l’énergie, la température de la solution augmente; une réaction endothermique absorbe de l’énergie, provoquant une baisse de la température. En mesurant le changement de température ainsi que la chaleur spécifique et la masse de la solution, vous pouvez calculer le changement de chaleur de la réaction. Par exemple, l’insertion d’une tige de cuivre chaude dans l’eau froide d’un calorimètre provoque un flux de chaleur du cuivre vers l’eau jusqu’à ce que les deux atteignent la même température (équilibre thermique). Aucune chaleur ne quitte le système, donc tout transfert se produit en interne.
La chaleur spécifique est la quantité d’énergie nécessaire pour élever 1 g d’une substance de 1°C. Cela varie selon les matériaux :par exemple, la chaleur spécifique de l’eau est de 1,00 cal/g·°C. Pour déterminer la chaleur spécifique d’un métal inconnu, chauffez le métal, puis plongez-le dans l’eau à l’intérieur du récipient intérieur. Enregistrez la température d’équilibre finale. Calculez la chaleur absorbée par l'eau (masse × chaleur spécifique × ΔT) et la chaleur perdue par le métal (masse × ΔT). En divisant la chaleur de l'eau par celle du métal, on obtient la chaleur spécifique du métal.