Большая Советская Энциклопедия (КА) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" (читать книги онлайн бесплатно серию книг TXT) 📗
Важным фактором, влияющим на окончательный результат измерений, является надёжная работа автоматических регуляторов температуры изотермических или адиабатических оболочек. В адиабатическом К. температура оболочки регулируется так, чтобы она была всегда близка к меняющейся температуре калориметрической системы. Адиабатическая оболочка — лёгкая металлическая ширма, снабженная нагревателем, — уменьшает теплообмен настолько, что температура К. меняется лишь на несколько десятитысячных град/мин . Часто это позволяет снизить теплообмен за время калориметрического опыта до незначительной величины, которой можно пренебречь. В случае необходимости в результаты непосредственных измерений вводится поправка на теплообмен, метод расчёта которой основан на законе теплообмена Ньютона — пропорциональности теплового потока между К. и оболочкой разности их температур, если эта разность невелика (до 3—4 °С).
Для К. с изотермической оболочкой теплоты химической реакции могут быть определены с погрешностью до 0,01%. Если размеры К. малы, температура его изменяется более чем на 2—3 °С и исследуемый процесс продолжителен, то при изотермической оболочке поправка на теплообмен может составить 15—20% от измеряемой величины и существенно ограничить точность измерений. В этих случаях целесообразнее применять адиабатическую оболочку.
При помощи адиабатического К. определяют теплоёмкость твёрдых и жидких веществ в области от 0,1 до 1000 К. При комнатных и более низких температурах адиабатический К., защищенный вакуумной рубашкой, погружают в Дьюара сосуд , заполненный жидким гелием, водородом или азотом (рис. 3 ). При повышенных температурах (выше 100 °С) К. помещают в термостатированную электрическую печь.
Лит.: Попов М. М., Термометрия и калориметрия, 2 изд., М., 1954; Скуратов С. М., Колосов В. П., Воробьев А. Ф., Термохимия, ч. 1—2, М., 1964—66; Кальве Э., Прат А., Микро-калориметрия, пер. с франц., М., 1963; Experimental thermochemistry, v. 1—2 N. Y. — L., 1956-62.
В. А. Соколов.
Рис. 2. Калориметр Э. Кальве для измерения тепловой мощности процессов (схема): 1 — калориметрическая ячейка с термопарами; 2 — блок калориметра; 3 — металлические конусы для создания однородного поля температур в блоке; 4 — оболочка; 5 — нагреватель для термостатирования прибора; 6 — тепловые экраны; 7 — тепловая изоляция; 8 — трубка для введения вещества в калориметр; 9 — окно для отсчётов показаний гальванометра 10.
Рис. 3. Адиабатический калориметр для определения теплоёмкости при низких температурах (схема): 1 — калориметр (а — сосуд для вещества, б — термометр сопротивления, в — нагреватель); 2 — адиабатические оболочки (ширмы); 3 — вакуумная рубашка; 4 — труба для откачки; 5 — трубка для электрических проводов.
Рис. 1. Жидкостный калориметр-интегратор с изотермической оболочкой (схема): 1 — «калориметрическая бомба»; 2 — нагреватель для возбуждения реакции; 3 — собственно калориметр (сосуд, заполненный водой); 4 — термометр сопротивления; 5 — холодильник (трубка, через которую можно пропускать холодный воздух); 6 — изотермическая оболочка калориметра, заполненная водой; 7 — нагреватель оболочки; 8 — контактный термометр для регулировки температуры оболочки; 9 — контрольный термометр; 10 — мешалки с приводом.
Калориметр ионизационный
Калори'метр ионизацио'нный, прибор для определения энергии частиц космических лучей (~1011эв и выше). В К. и. энергия космические частицы поглощается в толстом слое вещества (подобно тому, как в обычном калориметре поглощается тепло). Космические частицы высоких энергий при взаимодействии с веществом в результате ядерных реакций рождают большое число вторичных частиц или фотонов, которые в свою очередь образуют новые частицы и т.д. В конечном итоге образуется лавина заряженных частиц, которая движется в веществе, ионизует его атомы и при этом теряет свою энергию. Если толщина слоя поглощающего вещества достаточно велика и лавина заряженных частиц полностью остаётся в нём, то количество созданных в веществе ионов пропорционально энергии первичной космической частицы. Для измерения полного числа ионов поглотитель из плотного вещества (обычно — железо или свинец) разбивается на ряд слоев толщиной в несколько см , между которыми размещаются ионизационные камеры .
К. и. был изобретён в 1954 в СССР, после чего он стал широко применяться как в СССР, так и за рубежом для изучения взаимодействий космических частиц высоких энергий (1011 —1013эв ) с атомными ядрами. При этом К. и. обычно объединяют с приборами, позволяющими наблюдать результаты этого взаимодействия, — Вильсона камерами , ядерными фотографическими эмульсиями (рис. 1 ), искровыми камерами . Типичные габариты К. и.: высота 1,5—2 м , площадь поперечного сечения ~ 1 м2 , масса 10—20 т . В СССР в 1964 на высокогорной станции на г. Арагац в Армении построен и работает уникальный К. и. площадью 10 м2 и массой 70 т (рис. 2 ). К. и. применялся в СССР (1965—68) также на тяжёлых космических станциях типа «Протон».
Лит.: Григоров Н. Л., Мурзин В. С., Рапопорт И. Д., Метод измерения энергии частиц в области выше 1011 eV, «Журнал экспериментальной и теоретической физики», 1958, т. 34, в. 2, с. 506; Бугаков В. В. [и др.], Принципы устройства научной аппаратуры для изучения космических лучей высокой энергии на космической станции «Протон-4», «Изв. АН СССР. Серия физическая», 1970, т. 34, с. 1818; Григоров Н. Л. [и др.], Ядерная лаборатория в космосе. Новый этап в изучении частиц сверхвысоких энергий, «Природа», 1965, № 12, с. 7.
Н. Л. Григоров.
Рис. 1. Схематическое изображение ионизационного калориметра в сочетании с ядерными фотоэмульсиями: 1 — мишень, в которой происходит взаимодействие космической частицы с атомными ядрами атомов мишени, приводящее к появлению g-квантов высоких энергий; 2 — слои свинца, в которых g-излучение порождает мощные лавины заряженных частиц; 3 — ядерные фотоэмульсии, регистрирующие эти лавины; 4 — слои вещества (железо или свинец), тормозящего лавины заряженных частиц; 5 — импульсные ионизационные камеры.
Рис. 2. Ионизационный калориметр, установленный на высокогорной станции на г. Арагац в Армении.
Калориметрия
Калориме'трия (от лат. calor — тепло и ...метрия ), совокупность методов измерения тепловых эффектов (количеств теплоты), сопровождающих различные физические, химические и биологические процессы. Методами К. определяют теплоёмкости тел, теплоты фазовых переходов (плавления, кипения и др.); тепловые эффекты намагничивания, электризации, растворения, сорбции, химических реакций (например, горения ), процессов обмена веществ в живых организмах, в ряде случаев — энергии электромагнитного излучения, энергии ядерных процессов и т.д.
Приборы, применяемые для калориметрических измерений, называют калориметрами . Их конструкция определяется условиями измерений (в первую очередь температурным интервалом) и требуемой точностью. К. при температурах от 400 K (граница условна) и выше называется высокотемпературной, в области температур жидкого азота, водорода и гелия — низкотемпературной.
Результаты калориметрических измерений находят широкое практическое применение в теплотехнике, металлургии, химической технологии. Ими пользуются при расчётах количеств теплоты, требуемых для нагрева, расплавления или испарения веществ в различных технологических процессах; для вычисления пределов протекания химических реакций и условий их проведения. Так, область давлений и температур, в которой получают синтетические алмазы из графита, была определена расчётом, в значительной мере основанным на калориметрических измерениях теплоёмкости и теплот сгорания этих веществ. Калориметрические измерения позволяют определять области устойчивости различных минералов и выяснять условия совместного присутствия их в горных породах. Данные низкотемпературной К. широко используются при изучении механических, магнитных и электрических эффектов в твёрдых телах и жидкостях при низких температурах, а также для расчёта термодинамических функций (например, энтропии веществ).
