Calorimetria
Calorimetria - desenvolvimento de calor, métodos de medição, medição de energia
Série de calorímetros de Linsei
DSC L92 - Micro Calorímetro
A calorimetria é a ciência que consiste em medir a quantidade de calor libertada ou absorvida durante processos biológicos, químicos ou físicos. Esta técnica, fundada por Joseph Black em 1756, tem muitas aplicações na ciência e na indústria.
A Linseis produz uma vasta gama de calorímetros, incluindo soluções particularmente poderosas em Calorimetria diferencial de varrimento (DSC) . Os nossos dispositivos cobrem uma vasta gama de aplicações e oferecem a máxima precisão.
Agora também oferecemos um calorímetro de bateria que foi especialmente desenvolvido para analisar o desenvolvimento de calor das baterias.
Variáveis medidas e aplicações:
- Determinação da entalpia de reação (ΔH): Medição do calor libertado ou absorvido durante as reacções químicas.
- Fluxo de calor: Medição dependente do tempo do fluxo de calor quando a temperatura muda
- Análises de estabilidade térmica e segurança Analisa as propriedades térmicas de baterias e materiais.
- Determinação da temperatura de transição vítrea (Tg) Temperatura a que um sólido amorfo – como o vidro ou um polímero amorfo – passa de um estado duro e quebradiço para um estado mais macio e borrachoso. Esta transição é acompanhada por alterações significativas nas propriedades físicas, como a viscosidade, a elasticidade e o comportamento de expansão térmica.
- Determinação da temperatura de transição de fase Temperatura à qual um material muda o seu estado físico.
- Capacidade térmica específica (cp): Calor necessário para aquecer 1 kg de uma substância em 1 K. Mede a capacidade de uma substância armazenar energia térmica.
- Temperaturas e fases de sinterização: Analisa as condições óptimas de sinterização dos materiais.
- Otimização de processos de cozedura: Investigação e otimização de processos térmicos na indústria.
Os calorímetros Linseis cumprem as normas internacionais e oferecem soluções para uma vasta gama de aplicações científicas e industriais.
Tipos de calorímetros
- Calorímetros anisotérmicos: Estes são isolados termicamente do ambiente e são adequados para reacções rápidas.
- Calorímetros isotérmicos: Neste caso, a temperatura permanece constante durante todo o processo de medição. O calor libertado ou absorvido é compensado por uma troca de calor com o ambiente. São também conhecidos como calorímetros de mudança de fase e são adequados para reacções lentas durante várias horas.
- Calorímetros adiabáticos: Estes são concebidos de forma a que não haja troca de calor com o ambiente. A temperatura do sistema altera-se durante a reação. São adequados para reacções.
- Calorímetros isoperibólicos: Estes calorímetros mantêm a temperatura da camisa circundante constante, enquanto a temperatura do vaso de reação pode variar. Oferecem um bom equilíbrio entre precisão e praticidade.
- Calorímetro diferencial de varrimento (DSC): O DSC mede a quantidade de calor que sai de uma amostra enquanto esta é aquecida ou arrefecida de forma controlada. Mede a diferença de temperatura entre a amostra e uma referência. Este método é frequentemente utilizado na ciência dos materiais e na investigação de polímeros.
- Calorímetro de bomba: Um calorímetro de bomba é um sistema fechado no qual uma amostra é queimada numa atmosfera de oxigénio. O calor resultante é transferido para um banho de água circundante e a mudança de temperatura é medida. Estes calorímetros são utilizados para determinar o calor de combustão de combustíveis sólidos e líquidos.
- Calorímetro de inserção: Com os calorímetros de inserção, uma amostra é inserida num calorímetro pré-aquecido e a alteração de temperatura resultante é medida. Este método é frequentemente utilizado na investigação fundamental.
- Calorímetros de combustão: São especialmente concebidos para medir o calor de combustão de amostras em condições controladas. Trabalham frequentemente com excesso de oxigénio. Aplicações: Determinação do poder calorífico de combustíveis e géneros alimentícios. Muito utilizado na indústria energética e na ciência da nutrição.
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Aplicação da calorimetria na indústria
A calorimetria é utilizada na indústria para medir o caudal de ar. Os sensores de fluxo de ar calorimétricos medem a quantidade de calor num elemento aquecido em relação ao fluxo de ar e são utilizados na tecnologia de aquecimento, ventilação e ar condicionado, bem como na indústria automóvel.
A variação de temperatura num calorímetro é medida para calcular a quantidade de calor libertada ou necessária:
Vantagens da calorimetria direta
- Maior precisão: A medição direta fornece resultados mais precisos.
- Produção direta de calor: regista o calor efetivamente libertado.
- Independente dos processos metabólicos: Adequado para várias reacções.
- Capta todas as formas de energia: Mede a energia total libertada.
- Aplicável a reacções complexas: Resultados mais fiáveis.
- Não influencia a respiração/metabolismo: medições mais objectivas.
Realização de uma medição calorimétrica
- reação num calorímetro isolado.
- Mudança de temperatura
- Quantidade de calor
- Conversão exacta da quantidade de calor em entalpia:
- Divide a entalpia molar da reação pela quantidade de reagentes.
Precisão e diferenças na calorimetria
É importante notar que a precisão da medição depende do isolamento do calorímetro e da velocidade da reação. As reacções rápidas e completas fornecem geralmente resultados mais precisos.
A calorimetria adiabática e a isotérmica diferem nos seguintes aspectos principais:
- Perfil de temperatura:
- Na calorimetria adiabática, a temperatura muda durante a medição. Não há troca de calor com o ambiente.
- Na calorimetria isotérmica, a temperatura permanece constante. O calor libertado ou absorvido é compensado por uma troca de calor com o ambiente.
- Troca de calor:
- Os calorímetros adiabáticos são bem isolados para evitar a troca de calor com o ambiente.
- Os calorímetros isotérmicos permitem uma troca de calor controlada para manter a temperatura constante.
- Variável medida:
- Nas medições adiabáticas, regista-se a variação de temperatura.
- Nas medições isotérmicas, mede-se a quantidade de calor trocado, por exemplo, através de transformações de fase.
- Área de aplicação:
- A calorimetria adiabática é adequada para reacções rápidas (20-60 minutos).
- A calorimetria isotérmica é utilizada para reacções lentas durante várias horas.
- Precisão:
- Os calorímetros isotérmicos, especialmente os calorímetros de mudança de fase, podem atingir precisões muito elevadas.
- Realização:
- As medições adiabáticas requerem uma execução rápida, a fim de minimizar as perdas de calor.
- As medições isotérmicas podem ser efectuadas mais lentamente, uma vez que a temperatura é mantida constante.
A calorimetria é uma ferramenta versátil que é utilizada em vários campos, desde a ciência nutricional ao controlo de processos. Permite medições precisas das conversões de energia, contribuindo assim para uma melhor compreensão e um controlo mais eficiente dos processos térmicos.
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