Calorimetria
Calorimetria - sviluppo del calore, metodi di misurazione, misurazione dell'energia
Serie di calorimetri Linsei
DSC L92 - Microcalorimetro
La calorimetria è la scienza che misura la quantità di calore rilasciata o assorbita durante i processi biologici, chimici o fisici. Questa tecnica, fondata da Joseph Black nel 1756, ha molte applicazioni in ambito scientifico e industriale.
Linseis produce un’ampia gamma di calorimetri, tra cui soluzioni particolarmente efficaci per Calorimetria a scansione differenziale (DSC) . I nostri dispositivi coprono un’ampia gamma di applicazioni e offrono la massima precisione.
Ora offriamo anche un calorimetro per batterie che è stato sviluppato appositamente per analizzare lo sviluppo di calore delle batterie.
Variabili misurate e applicazioni:
- Determinazione dell’entalpia di reazione (ΔH): misura del calore rilasciato o assorbito durante le reazioni chimiche.
- Flusso di calore: Misurazione del flusso di calore in funzione del tempo quando la temperatura cambia.
- Analisi della stabilità termica e della sicurezza Analisi delle proprietà termiche di batterie e materiali.
- Determinazione della temperatura di transizione vetrosa (Tg) Temperatura alla quale un solido amorfo – come il vetro o un polimero amorfo – passa da uno stato duro e fragile a uno più morbido e gommoso. Questa transizione è accompagnata da cambiamenti significativi nelle proprietà fisiche come la viscosità, l’elasticità e il comportamento di espansione termica.
- Determinazione della temperatura di transizione di fase Temperatura alla quale un materiale cambia il suo stato fisico.
- Capacità termica specifica (cp): Calore necessario per riscaldare 1 kg di una sostanza di 1 K. Misura la capacità di una sostanza di immagazzinare energia termica.
- Temperature e fasi di sinterizzazione: Analisi delle condizioni di sinterizzazione ottimali per i materiali.
- Ottimizzazione dei processi di cottura: Studio e ottimizzazione dei processi termici nell’industria.
I calorimetri Linseis sono conformi agli standard internazionali e offrono soluzioni per un’ampia gamma di applicazioni scientifiche e industriali.
Tipi di calorimetri
- Calorimetri anisotermici: Sono isolati termicamente dall’ambiente e sono adatti a reazioni veloci.
- Calorimetri isotermici: In questo caso, la temperatura rimane costante durante l’intero processo di misurazione. Il calore rilasciato o assorbito viene equalizzato da uno scambio di calore con l’ambiente. Sono noti anche come calorimetri a cambiamento di fase e sono adatti a reazioni lente che durano diverse ore.
- Calorimetri adiabatici: Sono progettati in modo tale che non vi sia alcuno scambio di calore con l’ambiente. La temperatura del sistema cambia durante la reazione. Sono adatti per le reazioni.
- Calorimetri isoperibolici: Questi calorimetri mantengono costante la temperatura della camicia circostante, mentre la temperatura del recipiente di reazione può variare. Offrono un buon equilibrio tra precisione e praticità.
- Calorimetro a scansione differenziale (DSC): il DSC misura la quantità di calore che fuoriesce da un campione mentre viene riscaldato o raffreddato in modo controllato. Viene misurata la differenza di temperatura tra il campione e un riferimento. Questo metodo è spesso utilizzato nella ricerca sui materiali e sui polimeri.
- Calorimetro a bomba: Un calorimetro a bomba è un sistema chiuso in cui un campione viene bruciato in un’atmosfera di ossigeno. Il calore risultante viene trasferito a un bagno d’acqua circostante e la variazione di temperatura viene misurata. Questi calorimetri vengono utilizzati per determinare il calore di combustione di combustibili solidi e liquidi.
- Calorimetro a inserimento: Con i calorimetri a inserzione, un campione viene gettato in un calorimetro preriscaldato e viene misurata la variazione di temperatura risultante. Questo metodo è spesso utilizzato nella ricerca di base.
- Calorimetri a combustione: Sono progettati appositamente per misurare il calore di combustione dei campioni in condizioni controllate. Spesso funzionano con un eccesso di ossigeno. Applicazioni: Determinazione del potere calorifico di combustibili e alimenti. Ampiamente utilizzati nell’industria energetica e nella scienza della nutrizione.
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Applicazione della calorimetria nell'industria
La calorimetria viene utilizzata nell’industria per misurare il flusso d’aria. I sensori di flusso d’aria calorimetrici misurano la quantità di calore di un elemento riscaldato in relazione al flusso d’aria e sono utilizzati nella tecnologia del riscaldamento, della ventilazione e del condizionamento dell’aria e nell’industria automobilistica.
La variazione di temperatura in un calorimetro viene misurata per calcolare la quantità di calore rilasciata o richiesta:
Vantaggi della calorimetria diretta
- Maggiore precisione: la misurazione diretta fornisce risultati più precisi.
- Produzione diretta di calore: registra il calore effettivamente rilasciato.
- Indipendente dai processi metabolici: Adatto a varie reazioni.
- Cattura tutte le forme di energia: Misura l’energia totale rilasciata.
- Applicabile a reazioni complesse: Risultati più affidabili.
- Nessuna influenza della respirazione/metabolismo: misurazioni più oggettive.
Esecuzione di una misurazione calorimetrica
- reazione in un calorimetro isolato.
- Variazione di temperatura
- Quantità di calore
- Conversione esatta della quantità di calore in entalpia:
- Dividi l’entalpia molare di reazione per la quantità di reagenti.
Precisione e differenze nella calorimetria
È importante notare che l’accuratezza della misurazione dipende dall’isolamento del calorimetro e dalla velocità della reazione. Reazioni veloci e complete forniscono generalmente risultati più accurati.
La calorimetria adiabatica e quella isotermica si differenziano per i seguenti aspetti principali:
- Profilo di temperatura:
- Nella calorimetria adiabatica, la temperatura cambia durante la misurazione. Non c’è scambio di calore con l’ambiente.
- Nella calorimetria isotermica, la temperatura rimane costante. Il calore rilasciato o assorbito viene equalizzato da uno scambio di calore con l’ambiente.
- Scambio di calore:
- I calorimetri adiabatici sono ben isolati per evitare lo scambio di calore con l’ambiente.
- I calorimetri isotermici consentono uno scambio di calore controllato per mantenere la temperatura costante.
- Variabile misurata:
- Per le misurazioni adiabatiche, viene registrata la variazione di temperatura.
- Nelle misurazioni isotermiche, viene misurata la quantità di calore scambiato, ad esempio attraverso le trasformazioni di fase.
- Area di applicazione:
- La calorimetria adiabatica è adatta a reazioni rapide (20-60 minuti).
- La calorimetria isotermica viene utilizzata per le reazioni lente che durano diverse ore.
- Precisione:
- I calorimetri isotermici, soprattutto quelli a cambiamento di fase, possono raggiungere precisioni molto elevate.
- Realizzazione:
- Le misurazioni adiabatiche richiedono un’esecuzione rapida per ridurre al minimo le perdite di calore.
- Le misurazioni isotermiche possono essere effettuate più lentamente poiché la temperatura viene mantenuta costante.
La calorimetria è uno strumento versatile che viene utilizzato in diversi campi, dalla scienza della nutrizione al controllo dei processi. Permette di misurare con precisione le conversioni di energia e contribuisce quindi a una migliore comprensione e a un controllo più efficiente dei processi termici.
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