Grundlegendes zur Kalorimetrie zur Messung der Wärmeübertragung

Kalorimetrie ist eine Methode zur Messung des Wärmetransfers innerhalb einer chemischen Reaktion oder anderer physikalischer Prozesse, beispielsweise einer Änderung zwischen verschiedenen Aggregatzuständen.

Der Begriff "Kalorimetrie" stammt aus dem Lateinischen Kalor ("Hitze") und Griechisch metron ("messen"), bedeutet also "Wärme messen". Geräte, die zur Durchführung von Kalorimetriemessungen verwendet werden, werden als Kalorimeter bezeichnet.

Wie funktioniert die Kalorimetrie?

Da Wärme eine Energieform ist, folgt sie den Regeln der Energieeinsparung. Befindet sich ein System in einer thermischen Isolation (dh Wärme kann nicht in das System eindringen oder aus ihm austreten), muss die Wärmeenergie, die in einem Teil des Systems verloren geht, in einem anderen Teil des Systems gewonnen werden.

Wenn Sie beispielsweise eine gute, wärmeisolierende Thermoskanne haben, die heißen Kaffee enthält, bleibt der Kaffee heiß, während er in der Thermoskanne eingeschlossen ist. Wenn Sie jedoch Eis in den heißen Kaffee geben und ihn wieder verschließen, werden Sie beim späteren Öffnen feststellen, dass der Kaffee an Wärme verloren hat und das Eis an Wärme gewonnen hat… und dadurch geschmolzen ist und Ihren Kaffee verwässert hat!

Nehmen wir nun an, dass Sie anstelle von heißem Kaffee in einer Thermoskanne Wasser in einem Kalorimeter hatten. Das Kalorimeter ist gut isoliert und ein Thermometer ist in das Kalorimeter eingebaut, um die Temperatur des Wassers im Inneren genau zu messen. Wenn wir dann Eis ins Wasser geben würden, würde es schmelzen - genau wie im Kaffeebeispiel. Dieses Mal misst das Kalorimeter jedoch kontinuierlich die Wassertemperatur. Hitze verlässt das Wasser und dringt in das Eis ein, wodurch es schmilzt. Wenn Sie also die Temperatur auf dem Kalorimeter beobachten, wird die Temperatur des Wassers fallen. Schließlich würde das gesamte Eis geschmolzen und das Wasser würde einen neuen thermischen Gleichgewichtszustand erreichen, in dem sich die Temperatur nicht mehr ändert.

Aus der Änderung der Wassertemperatur können Sie dann die Wärmemenge berechnen, die zum Schmelzen des Eises benötigt wurde. Und das, meine Freunde, ist Kalorimetrie.