Le calorimètre est un appareil expérimental de mesure de la chaleur. Les plus courants sont le calorimètre à balayage différentiel, le microcalorimètre isotherme, le calorimètre à titrage et le calorimètre à vitesse accélérée.
Le calorimètre le plus simple consiste à placer un récipient métallique au-dessus de la chambre de combustion, qui contient de l'eau et un thermomètre.
Le transfert de chaleur n'est pas toujours synonyme de changement de température. Par exemple, lors d'un changement d'état de fusion de l'eau, la quantité de chaleur est utilisée pour le changement moléculaire et pendant ce processus, la température de l'eau est constante (zéro degré Celsius).
Si les changements d'énergie se produisent à pression constante, toute l'énergie qui entre et sort du système thermodynamique est de la chaleur. Autrement dit, le calorimètre mesure la quantité d'énergie échangée qui coïncide avec le changement des enthalpies.
Une réaction exothermique est une réaction qui dégage de la chaleur. Les réactions qui absorbent la chaleur sont appelées réactions endothermiques.
Calorimètre définition
Un calorimètre est un appareil permettant de mesurer les quantités de chaleur fournies ou reçues dans tout processus physique, chimique ou biologique. Il sert aussi à connaître la chaleur spécifique d'un corps.
Comment fonctionne un calorimètre ?
La capacité calorifique d'un objet est obtenue en immergeant l'objet dans un liquide (généralement de l'eau) dont la température initiale et la capacité calorifique sont connues.
À cause du premier principe de la thermodynamique, la différence de température provoque des échanges de chaleur. La chaleur dégagée par l’objet est transférée au liquide.
Après un certain temps, le liquide et l'objet auront la même température et auront atteint la température d'équilibre.
Connaissant ces données, avec la différence de température, la chaleur spécifique de l'objet peut être calculée à partir de la loi de conservation de l'énergie.
La quantité de chaleur échangée par un objet peut être déterminée par la formule suivante :
Q=m · c · Δt
Où:
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Q est la chaleur échangée.
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m est la masse de l'objet.
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c est la capacité thermique de l'objet.
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Δt est la variation de température pendant le processus d'échange. C’est à dire, la température finale moins la initiale.
Par conséquent, dans un calorimètre, la quantité de chaleur qui entre ou sort de l'objet est égale à la chaleur qui entre ou sort du liquide dans le calorimètre. Alors:
m objet · c objet · Δt objet = m liquide · c liquide · Δt liquide
Quelle est la chaleur spécifique de l'eau ?
La chaleur spécifique de l'eau est de 1 cal/°C·g. Autrement dit, il faut une chaleur d'une calorie pour élever la température d'un gramme d'eau d'un degré Celsius. Dans le système international, elles sont de 4186 J/g·ºC.
Types de calorimètres
Les trois types de calorimètres les plus courants mises en jeu sont :
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Calorimètre à variation de température : le fonctionnement est basé sur la variation de température d'une substance.
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Calorimètre isotherme : le fonctionnement est basé sur le changement de l'état d'agrégation de la substance.
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Calorimètre adiabatique : le liquide n'échange pas de chaleur avec le milieu extérieur, ce qui est obtenu par une isolation supplémentaire de l'appareil à l'aide d'une enveloppe extérieure à travers laquelle le liquide circule à la même température qu'à l'intérieur.
De quoi est composé un calorimètre ?
Le calorimètre le plus utilisé est composé de :
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Un récipient fermé et complètement isolé avec de l'eau.
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Un appareil pour remuer
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Un thermomètre.
La source de chaleur est située à l'intérieur du conteneur du calorimètre. Le dispositif d'agitation est utilisé pour accélérer le changement thermodynamique et atteindre plus tôt l'équilibre thermique. Enfin, le thermomètre est utilisé pour connaître la différence de température au cours du processus.
Qu'est-ce qu'une bombe calorimétrique ?
Une bombe calorimétrique est le même appareil destiné à mesurer la chaleur de combustion d'un type particulier de réaction nécessitant une pression élevée. Sa particularité est qu’il fonctionne à volume constant.
Dans certaines réactions chimiques, telles que la combustion, un récipient en acier lourd appelé bombe est utilisé pour maintenir la réaction. La bombe en acier est introduite dans le récipient du calorimètre et la réaction est démarrée.