კალორიმეტრი

კალორიმეტრი ( და ...მეტრი) — რომელიმე ფიზიკურ, ქიმიურ ან ბიოლოგიურ პროცესში გამოყოფილი ან შთანთქმული სითბოს რაოდენობის საზომი ხელსაწყო. ტერმინი „კალორიმეტრი“ შემოიღეს ა. ლავუაზიემ და პ. ლაპლასმა 1780 წელს.

თანამედროვე კალორიმეტრების მუშაობის ტემპერატურული დიაპაზონია 0.1-3500 . კალორიმეტრის საშუალებით შესაძლებელია სითბოს რაოდენობა გაიზომოს 10⁻²%-მდე სიზუსტით. კალორიმეტრს, რომელიც ზომავს მთელი პროცესის განმავლობაში გამოყოფილი სითბოს ჯამურ რაოდენობას, კალორიმეტრ-ინტეგრატორს უწოდებენ, ხოლო თუ მას თბური სიმძლავრისა და პროცესის სხვადასხვა სტადიაზე მისი ცვლილების გასაზომად იყენებენ — სიმძლავრის საზომს ან კალორიმეტრ-ოსცილოგრაფს. კალორიმეტრიული სისტემის კონსტრუქციისა და გაზომვის მეთოდის მიხედვით განასხვავებენ სითხისა და მასიურ, ცალმაგ და ორმაგ (დიფერენციალურ) კალორიმეტრებს.

იზოთერმულგარსიან ცვლადი ტემპერატურის სითხიან კალორიმეტრს — ინტეგრატორს იყენებენ ნივთიერების გახსნისას გამოყოფილი სითბოსა და ქიმიური რეაქციების სითბოს გასაზომად. კალორიმეტრის ნაწილების (კამერა, სითხე, თერმომეტრი და სხვა) ერთობლიობას ხელსაწყოს კალორიმეტრიულ სისტემას უწოდებენ. კალორიული სისტემის გახურების დონე ფიქსირდება თერმომეტრით. გაზომვის დაწყებამდე კალორიმეტრს აგრადუირებენ, რის შედეგად იღებენ კალორიმეტრის სითბურ მნიშვნელობას (კოეფიციენტს), რომელზეც მრავლდება თერმომეტრით გაზომილი კალორიმეტრის ტემპერატურული ცვლილება მასში შეტანილი სითბოს რაოდენობის დასადგენად. ასეთი კალორიმეტრის სითბური მნიშვნელობა წარმოადგენს კალორიმეტრიული სისტემის სითბოტევადობას. სხვა ტიპის, კერძოდ, იზოთერმულ კალორიმეტრ-ინტეგრატორში მიწოდებული სითბო არ ცვლის კალორიმეტრიული სისტემის ტემპერატურას. იგი იწვევს ამ სისტემის მხოლოდ შემადგენელი ნაწილის — სხეულის — აგრეგატული მდგომარეობის შეცვლას და ზომავს მის მასას.

მასიურ კალორიმეტრ-ინტეგრატორს ყველაზე ხშირად იყენებენ მაღალი ტემპერატურის (2500°-მდე) პირობებში ნივთიერებათა ენთალპიის შედეგად.

აირის, ზოგჯერ კი სითხის თბოტევადობას ადგენენ ე. წ. გამდინარე ლაბირინთული კალორიმეტრით.

კალორიმეტრს, რომელიც სიმძლავრის საზომის ფუნქციას ასრულებს, უნდა ჰქონდეს მნიშვნელოვანი თბოგადაცემის უნარი. ასეთი კალორიმეტრი დაამუშავა ფრანგმა ფიზიკოსმა ე. კალვემ ოთახის ტემპერატურის პირობებში ამ სახეობის კალორიმეტრით პროცესის თბურ სიმძლავრეს 1 მკვტ-მდე სიზუსტით ზომავენ.

კალორიმეტრების ზოგადი კლასიფიცირება შესაძლოა გაზომვის მეთოდიკის განმსაზღვრელი სამი მთავარი ცვლადის (კალორიმეტრიული სისტემის ტემპერატურა ს, გარსის ტემპერატურა — გ და თბური სიმძლავრე ს — კალორიმეტრში დროის ერთეულში გამოყოფილი სითბოს რაოდენობა) განხილვის საფუძველზე. თუ ს= და გ=, კალორიმეტრს იზოთერმულს უწოდებენ, ხოლო თუ ს=გ — ადიაბატურს, როცა ს-გ= — მუდმივ თბოგადაცემიანს, როდესაც გ= და ს= — კალორიმეტრი იზოპერიბოლურია ან იზოთერმულგარსიანი.

ადიაბატურ კალორიმეტრში გარსის ტემპერატურას ისე არეგულირებენ, რომ იგი მუდამ ახლოს იყოს კალორიმეტრიული სისტემის ცვლად ტემპერატურასთან. იზოთერმულგარსიანი კალორიმეტრისთვის ქიმიური რეაქციის სითბოს განსაზღვრავენ 0.01%-მდე ცდომილებით. მნიშვნელოვანი ცდომილების (15-20%) შემთხვევაში იყენებენ ადიაბატურ გარსს. ადიაბატური კალორიმეტრის მეშვეობით განსაზღვრავენ მყარი და თხევადი ნივთიერებების სითბოტევადობას 0.1-დან 1000 -მდე. ოთახისა და უფრო დაბალი ტემპერატურის დროს ვაკუუმის პერანგით დაცულ ადიაბატურ კალორიმეტრს ათავსებენ დიუარის ჭურჭელში, რომელიც შევსებულია თხევადი ჰელიუმით, წყალბადით ან აზოტით. უფრო მაღალი ტემპერატურის დროს (373 -ზე მეტი) კალორიმეტრს ათავსებენ ელეტრულ ღუმელში , რომელსაც შეუძლია თერმოსტატის რეჟიმით მუშაობა.