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Thermoanalyse/Kalorimeter

Ein Kalorimeter dient zur Bestimmung der Wärmemenge, die bei physikalischen, chemischen und biologischen Prozessen freigesetzt oder aufgenommen wird. Somit lässt sich ebenfalls die spezifische Wärmekapazität ermitteln. Grundsätzlich wird zwischen verschiedenen Kalorimeterarten unterschieden. Als Beispiele hierfür können die adiabatischen oder isothermen Kalorimeter genannt werden.

Kalorimeter-Arten

Das anisotherme Kalorimeter ist gegenüber der Umgebung wärmegedämmt. Der Wärmeaustausch erfolgt mit Hilfe einer Flüssigkeit oder mit eines Metalls. Zu den anisothermen Kalorimetern zählen das Flüssigkalorimeter und das adiabatische Kalorimeter. Ein Flüssigkalorimeter besteht aus einem doppelwandigen Kupferbehälter, dessen Zwischenraum mit Wasser gefüllt ist und für eine temperaturkonstante Umgebung im Inneren sorgen soll. Als Kalorimeterflüssigkeit wird meist Wasser verwendet. Durch ein Rührwerk mit einer konstanten Umdrehungszahl, wird ein besserer Wärmeaustausch gewährleistet. Die Temperaturmesserung erfolgt mittels eines Thermometers. Bei einem adiabatischen Thermometer wird die Temperaturdifferenz zwischen dem Kalorimetermantel und dem Gefäßmantel durch Erwärmen und Abkühlen ausgeglichen. Beide Vorgänge müssen jedoch mit der selben Geschwindigkeit ablaufen. Dies ist umso leichter, je langsamer die Wärmeabgabe an das Kalorimeter erfolgt. Handelt es sich um isotherme Kalorimeter, zu diesen  zählen das Eiskalorimeter, das Kondensationskalorimeter und das Wärmeaustauschkalorimeter, so wird die Wärmemenge von einer bestimmten Substanz abgenommen. Die Temperatur wird während des gesamten Versuches konstant gehalten. Diese Kalorimeterart wird vor allem bei Reaktionen angewendet, deren Zeitraum sich über mehrere Stunden hinwegzieht. Eiskalorimeter werden bei Messungen von Wärmemengen von 0 °C eingesetzt. Da die Schmelzwärme von Wasser bekannt ist, kann aus der Menge des Schmelzwassers die Wärmemenge bestimmt werden. Ein Kondensationskalorimeter wird hauptsächlich zur Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität eines Stoffes zwischen 100 und 20 °C angewendet. Als kondensiertes Gas wird meist Wasserdampf eingesetzt. Ein Wärmeaustauschkalorimeter kommt bei Reaktionen, die sich über mehrere Wochen erstrecken zur Anwendung. Hierbei misst man die Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit.

Anwendung von Kalorimetern

Reaktionskalorimeter sind speziell auf chemische Prozesse abgestimmt. Sie kommen bei chemischen Verfahren zur Anwendung, um die bei einer Reaktion entstehende Wärme und den zeitlichen Verlauf der Leistung zu messen. Diese gewonnenen Daten werden zur sicherheitstechnischen Beurteilung des Prozesses benötigt. Bei Reaktionskalorimeter wird zwischen Wärmeflusskalorimeter, Wärmebilanzkalorimeter und adiabatische Kalorimeter unterschieden. In der Teilchenphysik wird ein Kalorimeter zur Bestimmung der Gesamtenergie eines einzelnen Teilchens eingesetzt. Das Teilchen wird im Kalorimeter bis auf eine Geschwindigkeit von Null abgebremst. Dabei wird Energie freigesetzt, die letztendlich bestimmt werden kann. Beim Einfall hochenergetischer Teilchen entstehen Sekundärteilchen, die wiederum selbst neue Teilchen generieren, bis die zur Verfügung stehende Energie erschöpft ist. Kalorimeter in der Teilchenphysik lassen sich nach der Art der vorherrschenden Wechselwirkung unterscheiden. Es gibt Elektromagnetische Kalorimeter und Hadronische Kalorimeter. Mittels eines Elektromagnetsichen Kalorimeters können Energien von Teilchen bestimmt werden. Darunter fallen Elektronen, Positronen sowie Gammateilchen. Ein Hadronisches Kalorimeter kann Teilchen nachweisen, die überwiegend der starken Wechselwirkung unterliegen.

Literatur

• http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Kalorimeter&oldid=82795882 (Abgerufen: 31.03.11).
• http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Differential-Thermoanalyse&oldid=86298502 (31.03.11).