المسعر: التاريخ والأجزاء والأنواع وخصائصها - كيمياء - 2025

و المسعر هو جهاز يستخدم لقياس التغير في درجة الحرارة كمية من مادة (عادة المياه) للحرارة محددة معروفة. يرجع هذا التغير في درجة الحرارة إلى الحرارة الممتصة أو المنبعثة في العملية قيد الدراسة ؛ مادة كيميائية إذا كانت تفاعلًا ، أو فيزيائية إذا كانت تتكون من مرحلة أو تغيير حالة.

في المختبر ، أبسط مسعر يمكن العثور عليه هو كوب القهوة. يتم استخدامه لقياس الحرارة الممتصة أو المنبعثة في تفاعل بضغط ثابت ، في محلول مائي. يتم اختيار التفاعلات لتجنب تدخل الكواشف أو المنتجات الغازية.

المصدر: بواسطة Ichwarsnur ، من ويكيميديا ​​كومنز في تفاعل طارد للحرارة ، يمكن حساب كمية الحرارة المنبعثة من الزيادة في درجة حرارة المسعر والمحلول المائي:

كمية الحرارة المنبعثة في التفاعل = كمية الحرارة التي يمتصها المسعر + كمية الحرارة التي يمتصها المحلول

تسمى كمية الحرارة التي يمتصها المسعر السعة الحرارية للمسعر. يتم تحديد ذلك من خلال إمداد المسعر بكمية معروفة من الحرارة بكتلة معينة من الماء. ثم يتم قياس ارتفاع درجة حرارة المسعر والمحلول الذي يحتوي عليه.

باستخدام هذه البيانات ، واستخدام الحرارة النوعية للماء (4.18 J / g.C) ، يمكن حساب سعة السعرات الحرارية في المسعر. هذه السعة تسمى أيضًا ثابت المسعر.

من ناحية أخرى ، فإن الحرارة المكتسبة بواسطة المحلول المائي تساوي m · ce · t. في الصيغة m = كتلة الماء ، ce = حرارة الماء النوعية و t = تغير درجة الحرارة. بمعرفة كل هذا ، يمكن للمرء بعد ذلك حساب كمية الحرارة المنبعثة من التفاعل الطارد للحرارة.

تاريخ المسعر

في عام 1780 ، استخدم الكيميائي الفرنسي آل لافوازييه ، الذي يعتبر أحد آباء الكيمياء ، خنزير غينيا لقياس إنتاج الحرارة من خلال تنفسه.

كيف؟ استخدام جهاز مشابه لجهاز قياس السعرات الحرارية. تم إثبات الحرارة الناتجة عن خنزير غينيا من خلال ذوبان الجليد الذي أحاط بالجهاز.

قام الباحثان A. L Lavoisier (1743-1794) و PS Laplace (1749-1827) بتصميم مقياس حراري تم استخدامه لقياس الحرارة النوعية للجسم عن طريق طريقة إذابة الجليد.

يتكون المسعر من كأس أسطواني من القصدير المطلي ، مدعوم بحامل ثلاثي القوائم وينتهي داخليًا بقمع. بداخلها ، تم وضع زجاج آخر ، على غرار الزجاج السابق ، مع أنبوب يمر عبر الغرفة الخارجية ومجهز بمفتاح. كان داخل الزجاج الثاني رف.

تم وضع الكائن أو الجسم الذي سيتم تحديد درجة حرارته الخاصة على هذه الشبكة. تم وضع الثلج داخل الأكواب متحدة المركز ، كما هو الحال في السلة.

يمتص الجليد الحرارة التي ينتجها الجسم ، مما يؤدي إلى ذوبانه. وتم جمع منتج الماء السائل من ذوبان الجليد ، وفتح مفتاح الزجاج الداخلي.

وأخيرًا ، مع وجود الماء الثقيل ، كانت كتلة الجليد المنصهر معروفة.

القطع

المسعر الأكثر استخدامًا في مختبرات تعليم الكيمياء هو ما يسمى بمسعر فنجان القهوة. يتكون هذا المسعر من دورق ، أو بدلاً من ذلك ، حاوية من مادة أنيمي لها خصائص عزل معينة. داخل هذه الحاوية يتم وضع المحلول المائي مع الجسم الذي سينتج الحرارة أو يمتصها.

يتم وضع غطاء مصنوع من مادة عازلة بفتحتين في الجزء العلوي من الحاوية. في أحدهما يتم إدخال مقياس حرارة لقياس التغيرات في درجة الحرارة ، وفي الآخر يتم إدخال محرك ، ويفضل أن يكون مصنوعًا من مادة زجاجية ، والذي يؤدي وظيفة تحريك محتوى المحلول المائي.

تُظهر الصورة أجزاء مسعر القنبلة ؛ ومع ذلك ، يمكن ملاحظة أنه يحتوي على مقياس الحرارة والمحرك ، وهما عنصران مشتركان في العديد من المسعرات.

أنواع وخصائصها

فنجان القهوة

هو الذي يستخدم في تحديد الحرارة المنبعثة من تفاعل طارد للحرارة ، والحرارة الممتصة في تفاعل ماص للحرارة.

علاوة على ذلك ، يمكن استخدامه في تحديد الحرارة النوعية للجسم ؛ أي كمية الحرارة التي يحتاجها جرام من المادة لامتصاصها لرفع درجة حرارتها بدرجة واحدة مئوية..

القنبلة المسعرية

إنه جهاز يتم فيه قياس كمية الحرارة المنبعثة أو الممتصة في تفاعل يحدث عند حجم ثابت.

يحدث التفاعل في وعاء صلب قوي (المضخة) مغمور بكمية كبيرة من الماء. هذا يحافظ على تغيرات درجة حرارة الماء صغيرة. لذلك ، من المفترض أن التغييرات المرتبطة بالتفاعل تقاس بحجم ودرجة حرارة ثابتين.

يشير هذا إلى أنه لا يوجد عمل يتم القيام به عند إجراء تفاعل في مسعر القنبلة.

يبدأ التفاعل بتزويد الكهرباء من خلال الكابلات المتصلة بالمضخة.

المسعر الحراري

يتميز بوجود هيكل عازل يسمى الدرع. يقع الدرع حول الخلية حيث تحدث تغيرات في الحرارة ودرجة الحرارة. وبالمثل ، فهو متصل بنظام إلكتروني يحافظ على درجة حرارته قريبة جدًا من درجة حرارة الخلية ، وبالتالي تجنب انتقال الحرارة.

في المسعر الحراري ، يتم تقليل فرق درجة الحرارة بين المسعر وما يحيط به ؛ وكذلك تقليل معامل انتقال الحرارة ووقت التبادل الحراري.

تتكون أجزائه مما يلي:

- الخلية (أو الحاوية) ، المدمجة في نظام عزل تحاول بواسطتها تجنب فقد الحرارة.

- ترمومتر لقياس التغيرات في درجات الحرارة.

-سخان متصل بمصدر جهد كهربائي يمكن التحكم فيه.

- والدرع سبق ذكره.

في هذا النوع من المسعرات ، يمكن تحديد خصائص مثل الانتروبيا ودرجة حرارة ديباي وكثافة إلكترون الحالة.

المسعر isoperibol

إنه جهاز يتم فيه غمر خلية التفاعل والمضخة في هيكل يسمى سترة. في هذه الحالة ، يتكون الغلاف المزعوم من الماء ، ويتم الاحتفاظ به في درجة حرارة ثابتة.

ارتفاع درجة حرارة الخلية والمضخة مع إطلاق الحرارة أثناء عملية الاحتراق ؛ لكن يتم الاحتفاظ بدرجة حرارة سترة الماء عند درجة حرارة ثابتة.

يتحكم المعالج الدقيق في درجة حرارة الخلية والغطاء ، ويقوم بإجراء التصحيحات اللازمة للحرارة المتسربة الناتجة عن الاختلافات بين درجتي الحرارة.

يتم تطبيق هذه التصحيحات بشكل مستمر ومع تصحيح نهائي بناءً على القياسات قبل الاختبار وبعده.

مسعر التدفق

تم تطويره بواسطة Caliendar ، ويحتوي على جهاز لتحريك الغاز في حاوية بسرعة ثابتة. بإضافة الحرارة ، يتم قياس الزيادة في درجة حرارة السائل.

يتميز مسعر التدفق بما يلي:

- قياس دقيق لسرعة التدفق المستمر.

- قياس دقيق لكمية الحرارة الداخلة إلى المائع من خلال السخان.

- قياس دقيق لارتفاع درجة حرارة الغاز الناتج عن مدخلات الطاقة

- تصميم لقياس سعة الغاز تحت الضغط.

المسعر لقياس المسعر التفاضلي

يتميز باحتوائه على حاويتين: في إحداهما توضع العينة المراد دراستها ، بينما تبقى الأخرى فارغة أو تستخدم مادة مرجعية.

يتم تسخين الوعاءين بمعدل ثابت من الطاقة ، عن طريق سخانين مستقلين. عندما يبدأ الوعاء في التسخين ، سيقوم الكمبيوتر برسم الفرق في تدفق الحرارة للسخانات مقابل درجة الحرارة ، وبالتالي تحديد تدفق الحرارة.

علاوة على ذلك ، يمكن تحديد تغير درجة الحرارة كدالة للوقت ؛ وأخيرا ، قدرة السعرات الحرارية.

التطبيقات

في الكيمياء الفيزيائية

- تسمح المسعرات الأساسية ، من نوع فنجان القهوة ، بقياس كمية الحرارة التي يطلقها الجسم أو يمتصها. في نفوسهم يمكنك تحديد ما إذا كان التفاعل طاردًا للحرارة أو ماصًا للحرارة. علاوة على ذلك ، يمكن تحديد الحرارة النوعية للجسم.

- باستخدام المسعر الحراري ، أصبح من الممكن تحديد إنتروبيا العملية الكيميائية والكثافة الإلكترونية للحالة.

في النظم البيولوجية

- تُستخدم المقاييس الميكروية لدراسة النظم البيولوجية التي تشمل التفاعلات بين الجزيئات ، وكذلك التغيرات التوافقية الجزيئية التي تحدث ؛ على سبيل المثال ، في كشف جزيء. يتضمن الخط كلاً من المسح التفاضلي والمعايرة الحرارية.

- يستخدم مقياس الميكروكالوريمتر في تطوير الأدوية الجزيئية الصغيرة والمعالجات الحيوية واللقاحات.

مضخة الأكسجين المسعر وقوة السعرات الحرارية

في مسعر قنبلة الأكسجين ، يتم احتراق العديد من المواد ، ويمكن تحديد قيمتها من السعرات الحرارية. من بين المواد التي تمت دراستها من خلال استخدام هذا المسعر: الفحم وفحم الكوك. زيوت الطعام ، الثقيلة منها والخفيفة ؛ البنزين وجميع أنواع وقود المحركات.

وكذلك أنواع وقود الطائرات النفاثة ؛ وقود النفايات والتخلص من النفايات ؛ المنتجات الغذائية والمكملات الغذائية لتغذية الإنسان ؛ محاصيل العلف ومكملات علف الحيوانات ؛ مواد بناء؛ وقود الصواريخ والوقود.

وبالمثل ، تم تحديد قوة السعرات الحرارية من خلال قياس المسعرات في الدراسات الديناميكية الحرارية للمواد القابلة للاحتراق ؛ في دراسة توازن الطاقة في البيئة ؛ في المتفجرات والمساحيق الحرارية وفي تدريس الأساليب الديناميكية الحرارية الأساسية.

المراجع

1. ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. كيمياء. (الطبعة الثامنة). سينجاج ليرنينج.
2. González J.، Cortés L. & Sánchez A. (nd). المسعر الحراري وتطبيقاته. تم الاسترجاع من: cenam.mx
3. ويكيبيديا. (2018). المسعر. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
4. هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (22 يونيو 2018). تعريف المسعر في الكيمياء. تم الاسترجاع من: thinkco.com
5. جيليسبي ، كلير. (11 أبريل 2018). كيف يعمل جهاز قياس السعرات الحرارية؟ علم. تم الاسترجاع من: sciencing.com