Door Claire Gillespie
Bijgewerkt op 30 augustus 2022

Анатолий Тушенцов/iStock/GettyImages

Een calorimeter klinkt misschien als een hightech gadget, maar het is een eenvoudig apparaat voor warmtemeting dat thuis kan worden gebouwd met twee koffiekopjes. Het wordt vaak gebruikt in wetenschapsprojecten op scholen en kwantificeert de energie die wordt uitgewisseld bij chemische of fysische processen, zoals warmteoverdracht of de soortelijke warmte van een stof.

TL;DR

Warmte zorgt ervoor dat de temperatuur van een vloeistof stijgt of daalt. Door de massa van de vloeistof en de resulterende temperatuurverandering te registreren, berekent een calorimeter de gewonnen of verloren energie.

Onderdelen van een calorimeter

Een basiscalorimeter bestaat uit twee vaten:een buitencontainer en een genest binnenvat. De lucht (of het schuim) daartussen fungeert als thermische isolator en voorkomt warmte-uitwisseling met de externe omgeving. Calorimeters van laboratoriumkwaliteit zijn vaak voorzien van een vezelring die het binnenvat gecentreerd houdt, een thermometer om de temperatuur te volgen en een roerder om de warmte gelijkmatig te verdelen. Een zelfgemaakte “koffiekopje”-versie is eenvoudiger maar minder nauwkeurig vanwege het grotere warmteverlies naar de omgeving.

Warmteoverdracht meten

Wanneer bij een exotherme reactie energie vrijkomt, stijgt de temperatuur van de oplossing; een endotherme reactie absorbeert energie, waardoor de temperatuur daalt. Door de temperatuurverschuiving samen met de soortelijke warmte en massa van de oplossing te meten, kunt u de warmteverandering van de reactie berekenen. Als u bijvoorbeeld een hete koperen staaf in een calorimeter in koud water steekt, stroomt er warmte van het koper naar het water totdat beide dezelfde temperatuur bereiken (thermisch evenwicht). Er verlaat geen warmte het systeem, dus alle overdracht vindt intern plaats.

Specifieke warmte meten

Soortelijke warmte is de hoeveelheid energie die nodig is om 1 gram van een stof met 1°C te laten stijgen. Het verschilt per materiaal. De soortelijke warmte van water is bijvoorbeeld 1,00 cal/g·°C. Om de soortelijke warmte van een onbekend metaal te bepalen, verwarm je het metaal en dompel je het vervolgens onder in water in het binnenvat. Noteer de uiteindelijke evenwichtstemperatuur. Bereken de warmte die door het water wordt geabsorbeerd (massa×soortelijke warmte×ΔT) en de warmte die verloren gaat door het metaal (massa×ΔT). Door de warmte van het water te delen door die van het metaal, ontstaat de soortelijke warmte van het metaal.