कैलोरीमीटर: इतिहास, भागों, प्रकार और उनकी विशेषताएं - रसायन विज्ञान - 2025

कैलोरीमीटर एक ज्ञात विशिष्ट गर्मी के पदार्थ की मात्रा (आमतौर पर पानी) के तापमान में परिवर्तन मापने के लिए इस्तेमाल एक उपकरण है। तापमान में यह परिवर्तन गर्मी अवशोषित या अध्ययन की प्रक्रिया में जारी होने के कारण है; रासायनिक यदि यह एक प्रतिक्रिया है, या भौतिक है यदि इसमें एक चरण या राज्य परिवर्तन शामिल हैं।

प्रयोगशाला में सबसे सरल कैलोरीमीटर जो पाया जा सकता है वह है कॉफी गिलास। इसका उपयोग जलीय घोल में निरंतर दबाव पर प्रतिक्रिया में अवशोषित या जारी गर्मी को मापने के लिए किया जाता है। अभिकर्मकों या गैसीय उत्पादों के हस्तक्षेप से बचने के लिए प्रतिक्रियाओं का चयन किया जाता है।

स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स से इचवर्सनूर द्वारा, एक एक्सोथर्मिक प्रतिक्रिया में, जारी गर्मी की मात्रा को कैलोरिमीटर और जलीय घोल के तापमान में वृद्धि से गणना की जा सकती है:

अभिक्रिया में दी गई ऊष्मा की मात्रा = केलोरीमीटर + उष्मा द्वारा अवशोषित ऊष्मा की मात्रा को घोल द्वारा अवशोषित कर लिया जाता है

कैलोरीमीटर को अवशोषित करने वाली गर्मी की मात्रा को कैलोरीमीटर की ताप क्षमता कहा जाता है। यह निर्धारित द्रव्यमान के साथ कैलोरीमीटर को गर्मी की एक ज्ञात मात्रा की आपूर्ति करके निर्धारित किया जाता है। फिर, कैलोरीमीटर का तापमान वृद्धि और इसके समाधान को मापा जाता है।

इन आंकड़ों के साथ, और पानी की विशिष्ट गर्मी (4.18 J / g.)C) के उपयोग से, कैलोरीमीटर की कैलोरी क्षमता की गणना की जा सकती है। इस क्षमता को कैलोरीमीटर स्थिर भी कहा जाता है।

दूसरी ओर, जलीय विलयन द्वारा प्राप्त ऊष्मा m · CE · thet के बराबर होती है। सूत्र में m = पानी का द्रव्यमान, CE = पानी की विशिष्ट गर्मी और temperaturet = तापमान भिन्नता। यह सब जानने के बाद, कोई भी एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया द्वारा जारी गर्मी की मात्रा की गणना कर सकता है।

कैलोरीमीटर का इतिहास

1780 में, एक रसायनज्ञ के पिता के रूप में माने जाने वाले एक फ्रांसीसी रसायनशास्त्री एएल लावोइसियर ने अपनी श्वसन द्वारा गर्मी के उत्पादन को मापने के लिए गिनी पिग का उपयोग किया।

कैसे? कैलोरीमीटर के समान उपकरण का उपयोग करना। गिनी पिग द्वारा उत्पादित गर्मी को तंत्र के आसपास के पिघलने वाले बर्फ से निकाला गया था।

शोधकर्ताओं ए। एल। लावोस्सिएर (1743-1794) और पीएस लाप्लास (1749-1827) ने एक कैलोरीमीटर तैयार किया जिसका उपयोग बर्फ को पिघलाने की विधि द्वारा शरीर की विशिष्ट गर्मी को मापने के लिए किया जाता था।

कैलोरीमीटर में एक बेलनाकार वार्निश टिन कप शामिल था, जिसे तिपाई द्वारा समर्थित किया गया था और आंतरिक रूप से फ़नल के साथ समाप्त किया गया था। इसके अंदर, एक और गिलास रखा गया था, पिछले एक के समान, एक ट्यूब के साथ जो बाहरी कक्ष से गुजरता था और एक कुंजी के साथ फिट होता था। दूसरे ग्लास के अंदर एक रैक था।

जा रहा है या वस्तु जिसका विशिष्ट गर्मी निर्धारित किया जाना था इस ग्रिड पर रखा गया था। बर्फ को गाढ़ा कांच के अंदर रखा गया था, जैसे टोकरी में।

शरीर द्वारा उत्पादित गर्मी को बर्फ द्वारा अवशोषित किया गया था, जिससे यह पिघल गया। और बर्फ के पिघलने का तरल पानी उत्पाद एकत्र किया गया था, जिससे आंतरिक कांच की कुंजी खुल गई।

और अंत में, पानी के भारी होने के साथ, पिघली हुई बर्फ का द्रव्यमान ज्ञात था।

पार्ट्स

रसायन विज्ञान शिक्षण प्रयोगशालाओं में सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला कैलोरीमीटर तथाकथित कॉफी कप कैलोरीमीटर है। इस कैलोरीमीटर में एक बीकर होता है, या इसके बजाय, एनीमे सामग्री का एक कंटेनर होता है जिसमें कुछ इन्सुलेट गुण होते हैं। इस कंटेनर के अंदर जलीय घोल को शरीर के साथ रखा जाता है जो गर्मी पैदा करने या अवशोषित करने के लिए होता है।

दो छेद के साथ इन्सुलेट सामग्री से बना एक ढक्कन कंटेनर के ऊपरी भाग पर रखा गया है। एक में थर्मामीटर तापमान परिवर्तन को मापने के लिए डाला जाता है, और दूसरे में एक स्टीमर, अधिमानतः ग्लास सामग्री से बना होता है, जो जलीय घोल की सामग्री को स्थानांतरित करने के कार्य को पूरा करता है।

छवि एक बम कैलोरीमीटर के कुछ हिस्सों को दिखाती है; हालाँकि, यह देखा जा सकता है कि इसमें थर्मामीटर और स्टिरर, कई कैलोरीमीटर में सामान्य तत्व हैं।

प्रकार और उनकी विशेषताएं

कॉफी का प्याला

यह वह है जो एक एक्सोथर्मिक प्रतिक्रिया द्वारा जारी गर्मी के निर्धारण में उपयोग किया जाता है, और गर्मी एक एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया में अवशोषित होती है।

इसके अलावा, यह एक शरीर की विशिष्ट गर्मी का निर्धारण करने में इस्तेमाल किया जा सकता है; वह है, पदार्थ की एक ग्राम मात्रा को उसके तापमान को एक डिग्री सेल्सियस तक बढ़ाने के लिए अवशोषित करने की आवश्यकता है। ।

कैलीमेट्रिक बम

यह एक ऐसा उपकरण है जिसमें निरंतर मात्रा में होने वाली प्रतिक्रिया में गर्मी की मात्रा को बंद या अवशोषित कर लिया जाता है।

प्रतिक्रिया एक मजबूत स्टील कंटेनर (पंप) में होती है, जो पानी की एक बड़ी मात्रा में डूब जाती है। इससे पानी का तापमान छोटा रहता है। इसलिए, यह माना जाता है कि प्रतिक्रिया से जुड़े परिवर्तनों को निरंतर मात्रा और तापमान पर मापा जाता है।

यह इंगित करता है कि जब कोई प्रतिक्रिया एक बम कैलोरीमीटर में की जाती है तो कोई काम नहीं किया जाता है।

पंप से जुड़े केबलों के माध्यम से बिजली की आपूर्ति करके प्रतिक्रिया शुरू की जाती है।

एडियाबेटिक कैलोरीमीटर

यह एक ढाल नामक एक इन्सुलेट संरचना होने से विशेषता है। ढाल कोशिका के चारों ओर स्थित होता है जहां गर्मी और तापमान में परिवर्तन होता है। इसी तरह, यह एक इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली से जुड़ा होता है जो सेल के तापमान के बहुत करीब रहता है, इस प्रकार गर्मी हस्तांतरण से बचता है।

एक एडियाबेटिक कैलोरीमीटर में कैलोरीमीटर और उसके आसपास के तापमान के अंतर को कम से कम किया जाता है; गर्मी हस्तांतरण गुणांक को कम करने और गर्मी विनिमय के लिए समय के साथ-साथ।

इसके भागों में निम्नलिखित शामिल हैं:

-यह सेल (या कंटेनर), एक इन्सुलेशन प्रणाली में एकीकृत करता है जिसके माध्यम से यह गर्मी के नुकसान से बचने की कोशिश करता है।

तापमान में परिवर्तन को मापने के लिए थर्मामीटर।

-एक हीटर, विद्युत वोल्टेज के एक नियंत्रणीय स्रोत से जुड़ा हुआ है।

-और ढाल, पहले ही उल्लेख किया गया है।

इस प्रकार के कैलोरीमीटर में एन्ट्रापी, डेबी तापमान और राज्य इलेक्ट्रॉन घनत्व जैसे गुण निर्धारित किए जा सकते हैं।

Isoperibol कैलोरीमीटर

यह एक उपकरण है जिसमें प्रतिक्रिया सेल और पंप को एक संरचना में डुबोया जाता है जिसे जैकेट कहा जाता है। इस मामले में, तथाकथित जैकेट में पानी होता है, एक स्थिर तापमान पर रखा जाता है।

दहन प्रक्रिया के दौरान गर्मी के रूप में सेल और पंप का तापमान बढ़ता है; लेकिन वॉटर जैकेट का तापमान एक निश्चित तापमान पर रखा जाता है।

एक माइक्रोप्रोसेसर सेल और जैकेट के तापमान को नियंत्रित करता है, जिससे रिसाव ताप के लिए आवश्यक सुधार होता है जो दो तापमानों के बीच के अंतर से उत्पन्न होता है।

इन सुधारों को लगातार लागू किया जाता है, और अंतिम सुधार के साथ, परीक्षण से पहले और बाद में माप के आधार पर।

प्रवाह कैलोरीमीटर

कैलेन्डर द्वारा विकसित, यह एक कंटेनर में एक स्थिर गति से गैस को स्थानांतरित करने के लिए एक उपकरण है। गर्मी जोड़कर, द्रव में तापमान में वृद्धि को मापा जाता है।

प्रवाह कैलोरीमीटर की विशेषता है:

- निरंतर प्रवाह की गति का एक सटीक माप।

- एक हीटर के माध्यम से द्रव में पेश गर्मी की मात्रा का सटीक माप।

- ऊर्जा इनपुट के कारण गैस में तापमान में वृद्धि का एक सटीक माप

- दबाव में गैस की क्षमता को मापने के लिए एक डिजाइन।

अंतर स्कैनिंग कैलोरीमीटर के लिए कैलोरीमीटर

यह दो कंटेनरों की विशेषता है: एक में अध्ययन किए जाने वाले नमूने को रखा जाता है, जबकि दूसरे को खाली रखा जाता है या एक संदर्भ सामग्री का उपयोग किया जाता है।

दो स्वतंत्र हीटरों द्वारा, दो जहाजों को ऊर्जा की निरंतर दर पर गर्म किया जाता है। जब दो जहाजों का हीटिंग शुरू होता है, तो कंप्यूटर तापमान के खिलाफ हीटर से गर्मी के प्रवाह में अंतर की साजिश करेगा, इस प्रकार गर्मी प्रवाह को निर्धारित करने की अनुमति देगा।

इसके अलावा, समय के एक समारोह के रूप में तापमान की भिन्नता निर्धारित की जा सकती है; और अंत में, कैलोरी क्षमता।

अनुप्रयोग

भौतिक विज्ञान में

-सबसे बुनियादी कैलोरीमीटर, कॉफी कप प्रकार, गर्मी की मात्रा को मापने की अनुमति देता है जो एक शरीर बंद या अवशोषित करता है। उन में आप यह निर्धारित कर सकते हैं कि क्या कोई प्रतिक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक या एन्डोथर्मिक है। इसके अलावा, एक शरीर की विशिष्ट गर्मी निर्धारित की जा सकती है।

एडियाबेटिक कैलोरीमीटर के साथ-साथ एक रासायनिक प्रक्रिया और राज्य के इलेक्ट्रॉनिक घनत्व के एन्ट्रापी को निर्धारित करना संभव हो गया है।

जैविक प्रणालियों में

-Microcalorimeters जैविक प्रणालियों का अध्ययन करने के लिए उपयोग किया जाता है जिसमें अणुओं के बीच बातचीत शामिल होती है, साथ ही साथ होने वाले आणविक सुधार भी होते हैं; उदाहरण के लिए, एक अणु के सामने। पंक्ति में अंतर स्कैनिंग और आइसोथर्मल अनुमापन दोनों शामिल हैं।

-माइक्रोक्लेरीमीटर का उपयोग छोटी अणु दवाओं, बायोथेरेप्यूटिक्स और टीकों के विकास में किया जाता है।

ऑक्सीजन पंप कैलोरीमीटर और कैलोरी शक्ति

ऑक्सीजन बम कैलोरीमीटर में, कई पदार्थों का दहन होता है, और इसका कैलोरी मान निर्धारित किया जा सकता है। इस कैलोरीमीटर के उपयोग के माध्यम से अध्ययन किए गए पदार्थ हैं: कोयला और कोक; खाद्य तेल, भारी और हल्का दोनों; गैसोलीन और सभी मोटर ईंधन।

साथ ही विमान के जेट के लिए ईंधन के प्रकार; अपशिष्ट ईंधन और अपशिष्ट निपटान; मानव पोषण के लिए खाद्य उत्पाद और पूरक; पशु चारा के लिए चारा फसलों और पूरक; निर्माण सामग्री; रॉकेट ईंधन और प्रणोदक।

इसी तरह, गरमागरम सामग्रियों के थर्मोडायनामिक अध्ययनों में कैलोरीमेट्री द्वारा कैलोरिक शक्ति का निर्धारण किया गया है; पारिस्थितिकी में ऊर्जा संतुलन के अध्ययन में; विस्फोटक और थर्मल पाउडर में और बुनियादी थर्मोडायनामिक विधियों के शिक्षण में।

संदर्भ

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