测温并不等于测热
量热器用于测量一个过程吸收或放出的热量。温度计只给出温度,而量热实验还必须知道哪些部分交换能量、相应热容多大,以及系统边界怎样划定。同样的温升,发生在不同质量或不同热容的物体上,对应的能量改变并不相同。
在温度范围足够小、有效热容近似恒定时,吸收的热量可写为q=CΔT;若用质量m及比热容c描述,则为q=mcΔT。这里的C必须对应实际参与吸热的部分,不能把整个装置的热容与其中水的比热容当作同一个量。
参考:[1]
把装置纳入能量收支
隔热的目的,是减小装置与外界之间未计入的热交换,而不是宣称实际仪器绝对不漏热。以反应放热为例,热量可被溶液、容器及附属部件吸收;在外界交换可忽略时,各部分的热量代数和为零,反应放热的符号与接收这些能量的部分相反。
作为一个简化例子,若校准所得有效热容为2千焦每开尔文,测得升温0.50开尔文,则装置吸热约1千焦;仅在其他能量项可忽略时,才可据此说样品放出了相同数量的热。忽略容器自身吸热,是某些教学计算的近似,不是量热器的一般原理。
参考:[1]
不同约束下的量热装置
常见溶液量热器可用隔热杯、温度探头和搅拌部件组成,适合研究溶解、混合或溶液反应,通常工作在近似大气压力下。装置简便,却往往比精密仪器更容易与外界交换热量,因而测量准确度有限。
氧弹量热器则把样品反应限制在坚固、定容的容器内,外部介质接收反应释放的能量,适合研究燃烧等过程。它的整个吸热体系需要校准;可用已知放热量的标准反应建立温度响应与能量之间的关系。恒容与恒压是不同实验条件,得到的热量不能不加说明地直接比较。
参考:[1]
测量传统及适用边界
拉瓦锡和拉普拉斯的量热研究属于这一仪器传统的重要早期阶段。科学博物馆集团保存的拉瓦锡量热器复制品,对应约1780年的原装置,复制品本身则来自19世纪后期。这提醒人们区分仪器设计的年代、某件实物的制造年代和后来的收藏记录。
量热结果的可信度取决于校准与收支模型,而非温度数字显示了多少小数位。这里所说的是热学和化学量热装置;热成像主要记录空间温度分布,粒子物理中同称calorimeter的量能器则以粒子能量沉积为测量对象,不能只凭英文同名就视为同一仪器类别。