Бомба калориметрическая

Бомба калориметрическая

БОМБА КАЛОРИМЕТРИЧЕСКАЯ, прибор, впервые сконструированный М. Бертело, для измерения теплоты горения всевозможных органических соединений или их теплотворной способности. Действие прибора (фиг. 1) основано на сгорании определенной навески исследуемого вещества внутри герметически закрытого толстостенного металлического сосуда а (бомбы) в атмосфере предварительно нагнетаемого в него под давлением в 20—25 atm чистого кислорода. Воспламенение производится замыканием снаружи электрического тока, проходящего внутри бомбы через тонкую железную проволоку определенного веса и определенной теплотворной способности. Проволочка соприкасается с навеской и при замыкании тока сгорает в кислороде, воспламеняя навеску.

Бомба калориметрическая

Бомба погружена в сосуд с 2100 см3 воды (фиг. 2), в свою очередь ограждаемой от охлаждения внешним воздухом при помощи кожуха а с двойными стенками, наполненного водой комнатной температуры.

Бомба калориметрическая

При сгорании навески теплота сгорания передается через стенки бомбы воде сосуда, в который погружена бомба калориметрическая; температура этой воды через равные промежутки времени (30 сек. или 1 минута) измеряется за 10 минут до замыкания тока (предварительный период отсчетов), затем в течение того времени, когда после момента сожжения температура воды в сосуде стремительно поднимается (главный период отсчетов) и, наконец, в течение 10 мин. после того при замыкании тока сгорает в кислороде, воспламеняя навеску. Бомба по- как, поднявшись до максимума, температура воды в сосуде снова начинает опускаться (последующий период отсчетов). Отсчет температуры производится через лупу с по точно калиброванному термометру с делениями в 0,01°. Во избежание химического действия кислых продуктов сгорания на внутренние стенки бомбы при столь сильном давлении, внутренние стенки покрыты кислотоупорной эмалью (технический прибор) или выстланы слоем платины (прибор для точных научных определений). В последнее время для приборов обоих типов применяются бомбы из кислотоупорной крупповской стали V2A. Для определения расчетов действия прибора необходимо знать «водяное число» бомбы, т. е. число см3 воды, эквивалентное по своей теплоемкости общей теплоемкости всех частей прибора, участвующих наравне с водой сосуда в поглощении тепла при сгорании вещества внутри бомбы, как-то (фиг. 2): самого сосуда а, бомбы d, крышки, мешалки, термометра и т. д. Пусть Q - общее количество cal, выделенных при сжигании навески определенного вещества в калориметрической бомбе, Δ - повышение температуры воды и W - число см3 воды в сосуде, в который погружена бомба; тогда Q/Δ – W выражает «водяное число», определяемое отдельно для каждого экземпляра бомбы калориметрической (с данным набором принадлежностей) путем сожжения в этом приборе определенной навески вещества с заранее известной теплотворной способностью и путем последующих расчетов.

Теплотворная способность w сжигаемого вещества рассчитывается по уравнению:

Теплотворная способность сжигаемого вещества рассчитывается по уравнению

где А - вес воды в сосуде бомбы калориметрической, А1 - «водяное число» прибора, t - повышение температуры воды в сосуде, с - температурная поправка на теплообмен (см. ниже), f - тепловой эффект горения железа (1600 cal на 1 г), b- вес железной проволоки, сгорающей одновременно с навеской исследуемого вещества при замыкании тока, р - навеска исследуемого вещества и С - поправка на теплоту парообразования воды. При сожжении исследуемого вещества содержание Н2O определяется путем осторожного выпускания газов после сожжения из бомбы через взвешенные хлоркальциевые трубки и последующего взвешивания последних. Исследование других продуктов сгорания навески в бомбе калориметрической (кроме воды) может служить точным методом количественного анализа также и в отношении других химических элементов, содержащихся в навеске. Необходимость введения температурной поправки вызывается тем, что как до момента сжигания навески в бомбе калориметрической, так и после состоявшегося сжигания между водой и частями прибора, с одной стороны, и комнатным воздухом, с другой стороны, происходит взаимообмен тепловой энергии через излучение. Вода, наливаемая в бомбу калориметрическую, обычно имеет температуру на 2—3° ниже комнатной, что вызывает приток теплоты извне; после же сожжения навески температура воды становится выше комнатной, и потеря тепла от излучения прибора превышает приток теплоты извне. Учитывая этот взаимообмен теплотой, необходимо вводить поправку на оба процесса теплоотдачи. Эта поправка с достаточной для технических определений степенью точности выражается формулой Лангбейна:

Формула Лангбейна

где m - число наблюдений до момента сожжения, nΔ - среднее понижение температуры воды на один интервал отсчетов после момента достижения максимальной температуры и vΔ - среднее понижение температуры воды в течение одного интервала отсчетов до замыкания тока. Бомба калориметрическая широко применяется в технике для оценки теплотворной способности разных видов топлива: угля, торфа и др., а равно и для экспериментальных термохимических исследований.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 2 - 1928 г.