Измерение количества теплоты с помощью бомбового калориметра IKA C 200

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Кафедра геоэкологии.

Лабораторная РАБОТА

По дисциплине: Методы и приборы контроля окружающей среды

Тема: «Измерение количества теплоты с помощью бомбового калориметра IKA C 200 »

Выполнил: студент гр.ИЗС-11 /Кольвах К.А./

Проверил: доцент /Кремчеев Э.А./

Санкт-Петербург 2014 год

Цель работы: изучение методов измерения количества теплоты, выделяющейся или поглощаемой при протекании различных физических или химических процессов.

Теоретические сведения.

Калориметрия (от лат. calor -- тепло и лат. metro -- измеряю) -- совокупность методов измерения количества теплоты, выделяющейся или поглощаемой при протекании различных физических или химических процессов. Методы калориметрии применяют при определении теплоемкости, тепловых эффектов химических реакций, растворении, смачивании, адсорбции, радиоактивного распада и др. Методы калориметрии также широко применяют в промышленности для определения теплотворной способности топлива. Для определения количества теплоты используют специальные приборы - калориметры.

Калориметрия имеет множество практических и теоретических приложений. Например, измерения теплоты сгорания (количества тепла, выделяемого при сгорании единицы массы или объема вещества) весьма важны при выборе топлива. При проектировании реактивных и ракетных двигателей теплота сгорания топлива является наиболее важным параметром для определения получаемой тяги. Многие технологические процессы происходят при очень высоких или очень низких температурах. Количество тепла, которое надо затратить на подогрев или охлаждение используемых в этих процессах материалов, определяет экономическую целесообразность их применения; выбор материалов при конструировании оборудования производится с учетом их теплоемкости. В теоретических приложениях калориметрические измерения теплоты реакций и теплоемкости веществ могут быть использованы для определения химической стабильности или реакционной способности материалов и даже для определения их молекулярного строения.

Существует много различных типов калориметров. При измерении теплоемкости проточным калориметром к трубке, по которой течет исследуемая среда, подводится известный поток тепла, и измеряется температура среды на входе и выходе; если надо измерить теплоту реакции, количество выделившегося (поглощенного) тепла также определяют по повышению (понижению) температуры реагирующего потока. В жидкостном калориметре исследуемые вещества могут реагировать в растворенном состоянии внутри изолированного сосуда; в этом случае выделяемое (поглощаемое) тепло определяется по измерению температуры сосуда и его содержимого (теплоемкость материалов конструкции обычно определяют тем же самым калориметром, используя в качестве источника тепла электрический нагреватель). При определении теплоты реакции в бомбовом калориметре жидкое или твердое вещество сжигается или взрывается в атмосфере кислорода внутри теплоизолированного сосуда с достаточно толстыми стенками, способного выдержать повышение давления, которым сопровождается процесс взрыва исследуемого вещества. Калориметры могут быть, с одной стороны, довольно миниатюрными, чтобы измерить теплофизические свойства нескольких миллиграммов вещества, и, с другой, достаточно большими, чтобы измерить метаболическое тепло, выделяемое, например, коровой. Калориметры применяются для измерения теплофизических свойств материалов в широком диапазоне температур - от температур, лишь на доли градуса отличающихся от абсолютного нуля (-273,16° С), до температур, превышающих 1000° С.

Калориметр IKA C 2000

Калориметр С 2000 предназначен для определения теплоты сгорания твердых и жидких образцов.

1 - Контроллер

2 - Клавиатура

3 - Дисплей

4 - Блок электроники

5 - Измерительная ячейка

6 - Датчик температуры

7 - Устройство для заливки кислорода

8 - Сосуд для разложения (принадлежность, заказывается отдельно)

9 - Крышка измерительной ячейки

Панель управления является контрольным отображающим элементом системы. Команды и параметры экспериментов вводятся в диалоговое окно посредством клавиатуры, через монитор осуществляется визуальный контроль. Все фазы измерительного процесса контролируются и отслеживаются в течение эксперимента. Монитор отображает состояние системы на данный момент времени и данные эксперимента. Все неисправности также отражаются в виде строки текста. Результаты эксперимента хранятся вместе с параметрами эксперимента и могут быть в любой момент распечатаны.

Описание метода.

Калориметрический эксперимент, подразумевающий сгорание образца топлива при точно определенных условиях, происходит в измерительной камере. Для этой цели внутри измерительной камеры находятся следующие компоненты: калориметрия ракетный топливо температурный

Внутренний сосуд с изолирующем ватердержателем (внешний сосуд);

Мешалка обеспечивающая равномерное распределение тепла во внутреннем сосуде;

Водяной цикл с нагревающим элементом для контролируемого выравнивания температуры системы и автоматического наполнения внутреннего сосуда;

Температурный датчик для регистрации значений эксперимента;

Прибор подачи кислорода в сосуд разложения.В течение эксперимента в измерительной камере происходят следующие процессы:

Автоматически закрывается крышка измерительной камеры и сосуд разложения с образцом топлива погружается во внутренний сосуд;

В сосуд разложения поступает чистый кислород через устройство подачи кислорода до достижения заданного оператором давления;

В прибор поступает вода из внешнего источника и нагревается до рабочей температуры;

Внутренний сосуд наполняется водой отрегулированной температуры

Магнитная мешалка поддерживает воду в сосуде в постоянном движении для равномерного распределения тепла;

Образец топлива зажигается посредством электричества зажигательным устройством;

Измеряется возрастание температуры воды во внутреннем сосуде и определяется общая теплопроводность;

После завершения эксперимента внутренний сосуд опорожняется и вода внутреннего цикла охлаждается при помощи внешнего охладителя или выпускается через выходное отверстие;

Открывается крышка измерительной камеры и можно вынимать сосуд разложения;

Давление должно быть выпущено из сосуда разложения вручную

Подготовка и проведение измерений.

Перед первым использованием каждый сосуд разложения следует кодировать. Для этого прикрепите черные кодировочные кольца к предназначенным для этой цели выемки сосуда разложения. Калориметрическая система- это прибор точного измерения для рутинных определений общих теплотворностей твердых и жидких веществ. Тем не менее, достижение точных результатов измерений осуществимо только при особо тщательном выполнении отдельных шагов эксперимента. Следует точно соблюдать метод процедуры. По отношению к подвергаемым сжиганию веществам следует соблюдать несколько правил. Обычно твердые виды топлива сжигаются непосредственно в порошкообразном виде. Не допускается сжигать вещества с быстрым горением в свободном виде. Эти вещества склонны давать искру, поэтому полное сгорание далее невозможно гарантировать. Помимо этого, могут быть повреждены внутренние стенки сосуда разложения. Такие вещества следует спрессовать в таблетки перед сжиганием. Большинство жидких веществ могут быть дозированными непосредственно в тигель. Мутные жидкие вещества и воду, в которой образуется осадок перед дозировкой следует высушить или гомогенизировать. Следует определить содержание воды в этих веществах. Для веществ с высокой летучестью используются желатиновые или ацетобутированные ампулы. Общая теплотворность ампул должна быть известна, чтобы ее можно было принять в расчет как внешнюю энергию в измеренной теплоте сгорания.

Подготовка измерений. Следует выполнить следующие шаги по подготовке кодированного сосуда разложения:

1) Отвинтить внутреннюю часть и при помощи рукоятки снимите крышку.

2) Зафиксировать хлопковую нить с петлей на середине зажигательной проволоки.

3) Дозируйте образец топлива непосредственно в тигель с точностью в пределах 0.1 г. В сосуд разложения следует также добавить воду или раствор.

Удостоверьтесь в настройке на желаемый режим работы. Откройте диалоговое окно Sample для введения параметров. Если подготовка для образцов активизирована, ввод параметров открывается автоматически при установке или удалении тигеля. Введите вес сжигаемого образца в блок «Дозированное количество» С этого момента внизу экрана появляется сообщение Bomb. Это означает, что теперь можно погрузить сосуд разложения в измерительную камеру. Поместить тигель в тигельный зажим. Для полной гарантии зажигания образца хлопковой нитью направьте хлопковую нить при помощи пинцета так, чтобы она погрузилась в тигель и соприкоснулась с образцом. Установите крышку сосуда разложения и заверните.

Выполнение измерения.

1) Осторожно направляйте сосуд разложения, пока он не сомкнется с наполняющей головкой открытой измерительной крышки. Всегда держите сосуд разложения за верхушку крышки. Сосуд разложения входит в определенную позицию благодаря выемке в 0,8 мм в центре наполняющей головки. после этого пружинный элемент соприкоснется с контактом электрического зажигания на сосуде разложения. Зажигательная проволока сосуда разложения замыкает электрическую цепь. Сообщение Bomb измениться на табло функциональной клавиши задания Start.

2) Нажмите кнопку Start . При активизации функции ReInit сначала выполняется проверка температуры охлаждающей воды. Дальнейший ход измерения начинается при гарантии стабильного выравнивания температуры воды во внешнем сосуде, в противном случае эксперимент прерывается. Затем закрывается крышка измерительной камеры. Сосуд разложения наполняется кислородом (около 60 сек). Затем стабилизируется температура внешнего сосуда ( 90-120 сек) и внутренний сосуд наполняется водой. Как только система начинает эксперимент, монитор отображает график измерения температуры. Эксперимент полностью проходит автоматически до определения конечного результата. Если эксперимент должен быть прерван, то на мониторе появляется соответствующее сообщение.

3) По завершении эксперимента или в случае его прерывания открывается крышка измерительной камеры и опорожняется внутренний сосуд. Как только в нижней строке монитора появляется сообщение Bomb. Вы можете вынимать сосуд разложения.

4) Сосуд разложения может быть разгерметизировать через вентиляционную кнопку при помощи лабораторной вакуумной крышки или вентиляционной станции доступной в качестве приложения.

5) Откройте сосуд разложения и проверьте тигель на знаки неполного сгорания. При неполном сгорании результаты измерения должны быть признаны недействительными и эксперимент должен быть повторен.

Таблица 1

Результаты измерений

Вывод: В ходе данной лабораторной работы нами был изучен метод измерения количества теплоты, выделяющейся или поглощаемой при протекании различных физических или химических процессов с помощью бомбового колориметра IKA C 200. В результате поэтапных измерения были получены значения теплоты сгорания угля и торфа 28063 Дж и 20297 Дж соответственно.

Размещено на Allbest.ru