Calorímetro

Definição

Calorimetria é a ciência associada a determinação das alterações na energia de um sistema medindo a troca de calor com o ambiente.

O que é

Em seu nível mais básico, calorimetria é a ciência de absorção de calor e perda. Ele mede as mudanças de energia em uma determinada substância e dá observadores e pesquisadores uma idéia de quanta energia é necessária para quebrar essa substância para baixo ou fazer com que ela mude.

Um processo químico pode absorver ou liberar energia, e muitas vezes essa energia está na forma de calor.

A análise nutricional é um dos usos mais comuns para esta informação.

Alimentos se decompõem em energia durante a digestão e isso tem um custo de energia mensurável, mas metais e outras substâncias também podem quebrar, geralmente quando expostos ao calor ambiental.

O conhecimento dessas circunstâncias é importante para as pessoas em engenharia e outros comércios relacionados.

Os cálculos são normalmente feitos usando um dispositivo conhecido como um calorímetro, e dependendo da natureza e especificidade necessária dos testes, estes podem ser muito simples ou bastante complexo. A chave é geralmente a capacidade de medir consistentemente as mudanças de temperatura ao longo do tempo.

Conceito básico

A calorimetria como ciência é um tanto complicada, e a compreensão de seus trabalhos mais profundos geralmente requer uma compreensão firme da física básica e da termodinâmica.

De uma perspectiva mais básica, no entanto, os cálculos podem ser vistos como formas de determinar a energia inerente de uma substância baseada no calor que ela expõe ou absorve. As medições de temperatura são geralmente o foco central.

Observar as mudanças de temperatura em uma substância ao longo do tempo pode dar insights mensuráveis sobre a quantidade de energia que é tomar ou dar.

Por que é importante

A maioria dos compostos, desde metais duros até substâncias alimentares, contém energia bruta, mas geralmente não faz nada, a menos que a substância sofra algum tipo de mudança. Quando as coisas são aquecidas, por exemplo, ou expostas a outros fatores ambientais, a energia latente muitas vezes se converterá em algo mensurável. Compreender como as substâncias se decompõem e as condições em que isso acontece é realmente importante para uma série de aplicações diferentes.

Como funciona

Os cientistas normalmente usam ferramentas conhecidas como calorímetros para medir a quantidade de calor que uma reação absorve ou liberta. Há um par de tipos diferentes. Muitos estudantes de ciências do ensino médio estão familiarizados com uma forma muito básica de calorimetria conduzida em um copo de espuma; O copo funciona como um isolador e os alunos usá-lo para medir mudanças de temperatura da água ao longo do tempo. Os resultados desse tipo de experimento podem dar aos alunos uma compreensão básica das medições de energia, mas geralmente não são precisos o suficiente para empreendimentos mais sérios.

Cálculos mais sérios geralmente precisam de ferramentas mais intensivas. Um dispositivo conhecido como um calorímetro de bomba é um exemplo muito comum.

Esta peça de equipamento é normalmente feita de uma caixa de aço – uma “bomba” – que não vai mudar de volume. Os reagentes são colocados dentro da bomba e a bomba colocada dentro de outro recipiente cheio com água. A temperatura da água é então notada, e a reação, muitas vezes na forma de uma explosão, é deixada ocorrer.

Instrumento

Um calorímetro é um instrumento usado para medir a quantidade de calor absorvido ou libertado pela matéria, quando se sofre uma reação química ou mudança física.

Historicamente, tais medições de precisão ajudaram a abrir uma janela sobre a estrutura molecular e atômica da matéria, porque o movimento de moléculas e átomos na matéria coletivamente carrega uma quantidade de energia térmica distintiva para cada tipo de matéria e suas reações químicas. Com base em tais medidas calorimétricas, os cientistas desenvolveram quadros com as capacidades de calor de substâncias.

Dados produzidos por calorímetros tem sido fundamental para o desenvolvimento de tecnologias tais como caldeiras a vapor, turbinas , motores de foguetes, motores de combustão interna , refinarias de petróleo e fábricas de produtos de plástico.

Um material de referência padrão amplamente aceito utilizado em muitos calorímetros é a água porque tem uma capacidade calorífica elevada e precisamente medida, é fácil de trabalhar e está prontamente disponível.

Um tipo simples de calorímetro consistiria de um recipiente isolado de água com um termômetro fixado na água. Para medir a capacidade de calor do chumbo fundido, por exemplo, um investigador pode colocar uma tigela de chumbo fundido dentro do calorímetro e registrar a queda de temperatura do chumbo de resfriamento eo aumento de temperatura correspondente da água. Conhecendo a massa da água e do chumbo, o investigador teria informações suficientes para calcular a capacidade de calor do chumbo.

Os calorímetros são de diferentes tipos, alguns destinados a medir a capacidade calorífica de novos materiais (calorímetros de varrimento diferencial), enquanto outros medem aspectos tão diversos como o calor gerado por reações novas ou não testadas (microcalorímetros isotérmicos), o calor de combustão e as taxas de combustão (Calorímetros de velocidade acelerada) e a energia de partículas elementares (calorímetros eletromagnéticos e hadrônicos).

A palavra “calorímetro” é derivado do calor palavra latina, que significa calor.

O método ou processo de realização de tais medidas é chamado de calorimetria.

Calorimetria

Como os cientistas desenvolveram e trabalharam com calorímetro, o novo campo da calorimetria desenvolveu em paralelo com a missão de medir a quantidade de calor absorvido ou liberado quando a matéria passa por uma mudança em seu físico, químico ou estado elétrico. Como um campo de estudo em seu próprio direito, calorimetria sobrevistas toda a história e gama de calorímetros e fornece uma maneira útil de olhar para os seus diferentes tipos.

“A calorimetria indireta” calcula o calor gerado pelos organismos vivos quando seus processos metabólicos produzir resíduos de dióxido de carbono e nitrogênio. Lavoisier observou em 1780 que a produção de calor pode ser prevista a partir do consumo de oxigênio por organismos vivos. A teoria do Orçamento Dinâmico de Energia explica por que este procedimento é válido. Naturalmente, o calor gerado pelos organismos vivos pode também ser medido por calorimetria direta, na qual todo o organismo é colocado dentro do calorímetro para a medição.

Calorímetro

Um calorímetro é um dispositivo utilizado para medir o calor de reação. Pode ser sofisticado e caro ou simples e barata.

Por exemplo, um copo de isopor é usado como um calorímetro, porque é um recipiente com boas paredes isoladas para evitar a troca de calor com o ambiente.

Para medir calorias de reações, muitas vezes incluímos reagentes em um calorímetro, iniciar a reação e medir a diferença de temperatura antes e depois da reação. A diferença de temperatura permite avaliar o calor liberado na reação.

Um calorímetro pode ser operado sob pressão constante (atmosfera), ou volume constante. Seja qual for o tipo de uso, primeiro precisamos saber a sua capacidade de calor. A capacidade térmica é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de toda a calorímetro por um K, e é geralmente determinada experimentalmente antes ou depois das medidas reais de calor de reação.

A capacidade calorífica do calorímetro é determinada transferindo uma quantidade conhecida de calor para ele e medindo o seu aumento de temperatura. Como as diferenças de temperatura são muito pequenas, termômetros sensíveis extremos são necessários para essas medições.

Aparelhos

Calorímetros são aparelhos que nos permitem estudar os processos de troca de calor e as propriedades térmicas dos materiais. Trabalha-se, em particular, com a propriedade de que o calor cedido por um corpo será absorvido pelos demais, até que não haja mais qualquer diferença de temperatura no sistema.

Num calorímetro as perdas de calor para o ambiente devem ser minimizadas. Neste sentido as paredes que revestem o calorímetro devem ser isolantes térmicos (paredes adiabáticas). Por outro lado, paredes que permitem a troca de calor são chamadas de diatérmicas.

Um calorímetro ideal não permite qualquer perda de calor para o ambiente e o seu conteúdo pode ser considerado um sistema isolado.

Fonte: www.physicsclassroom.com/www.wisegeek.com/www.newworldencyclopedia.org/objetoseducacionais2.mec.gov.br