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熱量計の歴史、部品、種類およびそれらの特性
の 熱量計 既知の比熱の物質（通常は水）の量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、研究中のプロセスで吸収または放出された熱によるものです。それが反応であれば化学的であり、それが相または状態変化からなるならば物理的である.
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カップのそれです。水溶液中、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。反応は試薬または気体生成物の介入を回避するように選択される.
発熱反応では、放出される熱量は、熱量計と水溶液の温度の上昇から計算できます。
反応で放出される熱量＝熱量計により吸収される熱量＋溶液により吸収される熱量
熱量計によって吸収される熱量は、熱量計の熱容量と呼ばれます。これは、既知の量の熱を所与の質量の水と共に熱量計に供給することによって決定される。次に、熱量計とそれに含まれる溶液の温度上昇を測定します。.
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に等しい。式中、ｍ ＝水の質量、ｃｅ ＝水の比熱、Δｔ ＝温度の変動。これらすべてを知っていれば、発熱反応によって放出される熱量を計算することができます。.
索引
- 1熱量計の歴史
- 2部
- 3種類とその特徴
- 3.1コーヒーカップ
- 3.2熱量ポンプ
- 3.3断熱熱量計
- 3.4等周熱量計
- 3.5フロー熱量計
- 3.6示差走査熱量測定用の熱量計
- 4アプリケーション
- 4.1物理化学において
- 4.2生体系において
- 4.3酸素ポンプと熱量の熱量計
- 5参考文献
熱量計の歴史
1780年、フランスの化学者であるA. L. Lavoisierは、化学の先祖の一人と考え、呼吸による発熱を測定するためにモルモットを使用しました。.
どうですか？熱量計に似た機器を使用する。モルモットによって発生した熱は、装置を囲んでいた雪の融解によって証明されました。.
研究者のA. L Lavoisier（1743-1794）とP. S. Laplace（1749-1827）は、氷を溶かす方法によって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。.
熱量計は錫メッキされた円筒形ビーカーで構成され、ニス塗りされ、三脚によって保持され、内部で漏斗で終わっていた。内側に、前のものと同様に、外側の部屋を通り抜けて鍵を備えたチューブを備えた別のガラスが置かれた。 2番目のガラスの内側には格子がありました.
この格子の中に、比熱を求めることが望まれる存在または物体が置かれた。かごの中のように、氷は同心円状の容器の中に置かれました.
体から発せられた熱は氷に吸収され、氷が溶けました。そして氷の融解の液体水生成物が集められ、内側のガラスの鍵を開けた.
そして最後に、水を秤量すると、溶けた氷の質量がわかった。.
部品
化学教育研究所で最も一般的に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、またはその代わりに、特定の断熱特性を有するアニメ素材の容器で構成されています。この容器の中の水溶液は、熱を発生または吸収する本体と一緒に置かれます.
容器の上部には、２つの穴を有する絶縁材料のカバーが配置されている。一方では温度変化を測定するために温度計が導入され、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のスターラーが導入される。.
画像は、比色ポンプの部品を示しています。ただし、温度計と攪拌機、いくつかの熱量計に共通の要素があることがわかります。.
種類とその特徴
コーヒーカップ
それは発熱反応によって放出された熱、および吸熱反応で吸収された熱の決定に使用されるものです。.
さらに、それは体の比熱を決定するのに使用することができます。つまり、1グラムの物質がその温度を1℃上昇させるために吸収する必要がある熱の量です。. .
熱量ポンプ
一定体積で起こる反応で放出または吸収される熱量を測定する装置です。.
反応は強い鋼鉄製の容器（ポンプ）の中で起こり、それは大量の水の中に浸されています。これは水温の変化を小さくします。したがって、反応に伴う変化は一定の温度と体積で測定されると仮定されます。.
上記は、反応が比色ポンプ内で行われる場合には作業が行われないことを示しています。.
ポンプに接続されたケーブルを通して電気を供給することによって反応が始まります.
断熱熱量計
シールドと呼ばれる絶縁構造を持つことが特徴です。シールドは、熱と温度の変化が起こるセルの周囲にあります。それはまた熱伝達を避けるために細胞の温度に非常に近いその温度を維持する電子システムに接続されています.
断熱熱量計では、熱量計とその周囲との間の温度差は最小になります。熱伝達率と熱交換時間を最小限に抑える.
その部分は次のもので構成されています。
-セル（または容器）、断熱システムに統合され、それによって熱損失を回避しようとしています.
-温度計、温度変化を測定する.
-制御可能な電源に接続されたヒーター.
-そして盾、すでに述べた.
このタイプの熱量計では、エントロピー、デバイ温度、電子状態密度などの特性を決定できます。.
アイソプリボリック熱量計
反応セルとポンプをジャケットと呼ばれる構造物に浸した装置です。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ています.
セルとポンプの温度は、燃焼過程で熱が放出されるにつれて上昇します。ウォータージャケットの温度は一定の温度に維持されます.
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を必要に応じて補正します。.
これらの補正は、試験前後の測定値に基づいて、継続的に、そして最終的な補正とともに適用されます。.
フロー熱量計
Caliendarによって開発された、それは一定の速度で容器内のガスを移動させるための装置を持っています。熱を加えると、流体の温度上昇が測定されます。.
フロー熱量計は次のような特徴があります。
- 定流量の正確な測定.
- ヒーターを通して流体に導入された熱量の正確な測定.
- 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ための設計.
示差走査熱量測定のための熱量計
それは２つの容器を有することを特徴とする：１つに試験されるべき試料が配置され、他方は空に保たれるかまたは参照物質が使用される。.
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速度で加熱されます。 ２つの容器の加熱が始まると、コンピュータは温度に対するヒーターの熱流の差をグラフ化し、それによって熱の流れを決定することができる。.
さらに、時間の関数としての温度の変動を決定することができる。そして最後に、カロリー容量.
アプリケーション
物理化学において
-基本的な熱量計、タイプコーヒーカップは、体が放出または吸収する熱の量を測定することを可能にします。それらは反応が発熱性か吸熱性かを決定することができる。さらに、体の比熱を決定することができます.
-断熱熱量計を使用すると、化学プロセスのエントロピーと電子状態密度を決定することができました。.
生物学的システムでは
-マイクロ熱量計は、分子間の相互作用や発生する分子の立体配座変化を含む生物学的システムの研究に使用されます。たとえば、分子の展開などです。このラインには示差走査と等温滴定の両方が含まれています.
-マイクロ熱量計は、小分子医薬品、生物療法薬、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
酸素ポンプ熱量計では、多数の物質の燃焼が起こり、その熱量を求めることができます。この熱量計の使用を通して研究された物質の中には、次のものがあります。石炭とコークス。重いと軽い両方の食用油。ガソリンとすべての自動車燃料.
航空機用原子炉用の燃料の種類と同様。燃料廃棄物および廃棄物処理人間の栄養のための食品およびサプリメント。飼料作物および動物飼料用サプリメント。建築材料ロケットと推進燃料.
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る。生態学におけるエネルギー収支の研究爆発物や熱粉末、そして基本的な熱力学的方法の指導.
参考文献
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- Gillespie、クレア。 （2018年4月11日）。熱量計はどのように機能しますか？偵察しています。取得元：sciencing.com