La calorimetria és una branca de la física que estudia la transferència de calor entre cossos i els seus efectes. És fonamental per comprendre processos com l'escalfament, el refredament i els canvis en l'estat físic de les substàncies. A més, la calorimetria té diverses aplicacions pràctiques, com ara en el disseny de sistemes de refrigeració, la producció d'energia i la indústria alimentària, on s'utilitza per determinar el valor calòric dels aliments. En aquest context, l'estudi de la calorimetria és essencial per comprendre i controlar els processos tèrmics en diversos sectors de la ciència i la tecnologia.
Aplicacions pràctiques de la calorimetria: on i com podem utilitzar aquesta important tècnica.
La calorimetria és una tècnica important que estudia la transferència de calor entre cossos i els seus efectes. Té nombroses aplicacions pràctiques en diversos camps i és essencial per comprendre i controlar els processos tèrmics.
Una de les principals aplicacions de la calorimetria és en la indústria alimentària, on s'utilitza per determinar la quantitat de calories presents en els aliments. Això és essencial per desenvolupar dietes equilibrades i garantir la qualitat del producte. A més, la calorimetria també és essencial per a la conservació dels aliments, ja que ajuda a controlar la temperatura durant l'emmagatzematge i el transport.
En l'àmbit sanitari, la calorimetria s'utilitza en diversos procediments mèdics, com ara determinar la taxa metabòlica basal dels pacients. Això és important per tractar malalties relacionades amb el metabolisme i prescriure dietes adequades. A més, la calorimetria també s'utilitza en equips mèdics, com ara les ressonàncies magnètiques, per garantir el seu correcte funcionament.
Una altra aplicació important de la calorimetria és en la indústria química, on s'utilitza per controlar les reaccions químiques i els processos de fabricació. La calorimetria ens permet determinar la quantitat de calor implicada en una reacció, cosa que ajuda a optimitzar els processos i reduir els costos. A més, la calorimetria també és essencial per garantir la seguretat en processos que impliquen altes temperatures.
En resum, la calorimetria és una tècnica fonamental amb nombroses aplicacions pràctiques en diversos camps, que contribueix al desenvolupament de nous productes, al manteniment de la salut i a la garantia de la seguretat en els processos industrials. Per tant, comprendre i aplicar els conceptes de calorimetria és essencial per garantir l'eficiència i la qualitat en diverses activitats diàries.
Comprendre el concepte de calorimetria i la seva àrea d'estudi en la física tèrmica.
A calorimetria és una branca de la física tèrmica que estudia la quantitat de calor implicada en els processos físics i químics. És responsable de mesurar les variacions de temperatura i calcular la quantitat de calor intercanviada entre cossos que interactuen.
Na calorimetria, fem servir instruments com els calorímetres per mesurar l'intercanvi de calor. Aquests dispositius estan compostos de materials amb una capacitat calorífica coneguda, cosa que ens permet calcular la quantitat de calor implicada en un procés determinat.
A més, el calorimetria estudia les propietats tèrmiques dels materials, com la conductivitat tèrmica i la calor específica, que són essencials per entendre com reaccionen els cossos a les variacions de temperatura.
Les aplicacions de calorimetria són vastes i cobreixen una varietat d'àrees, des de la indústria fins a la medicina. En la indústria, per exemple, és essencial per controlar els processos de producció que impliquen reaccions químiques exotèrmiques o endotèrmiques. En medicina, calorimetria s'utilitza per diagnosticar i controlar malalties que causen canvis en la temperatura corporal.
En resum, el calorimetria És una eina essencial per comprendre l'intercanvi de calor i les variacions de temperatura en els processos més diversos, contribuint a l'avanç de la ciència i al desenvolupament de noves tecnologies.
Aplicacions de la calorimetria en diverses àrees de la ciència i l'enginyeria.
La calorimetria és una branca de la física que estudia la transferència de calor entre sistemes i les seves conseqüències. Té nombroses aplicacions en diversos camps de la ciència i l'enginyeria i és essencial per al desenvolupament de noves tecnologies i processos.
Una de les principals aplicacions de la calorimetria és a la indústria, on s'utilitza per mesurar la quantitat de calor implicada en les reaccions químiques i els processos de fabricació. Això permet optimitzar l'eficiència energètica i garantir la qualitat del producte. A més, la calorimetria és essencial per al desenvolupament de nous materials amb propietats tèrmiques específiques.
En medicina, la calorimetria s'utilitza per estudiar el metabolisme humà i diagnosticar malalties relacionades amb desequilibris tèrmics del cos. També s'utilitza en la investigació sobre tractaments tèrmics i en el desenvolupament d'equips mèdics.
En la recerca acadèmica, la calorimetria s'aplica per investigar fenòmens tèrmics en diversos sistemes, com ara materials, fluids i compostos químics. És essencial per comprendre les propietats tèrmiques dels materials i contribueix a l'avanç del coneixement científic.
En enginyeria, la calorimetria s'utilitza per dissenyar sistemes de refrigeració, calefacció i aïllament tèrmic, garantint el bon funcionament de màquines i equips. També s'utilitza en el desenvolupament de noves tecnologies sostenibles, amb l'objectiu de reduir el consum d'energia i minimitzar l'impacte ambiental.
En resum, la calorimetria és una eina fonamental en diverses àrees de la ciència i l'enginyeria, que contribueix a la comprensió dels processos tèrmics i al desenvolupament de noves tecnologies i aplicacions. El seu estudi i aplicació són essencials per a l'avanç de la societat i la cerca de solucions innovadores als reptes del món modern.
Principis bàsics de calorimetria: descobreix com mesurar i calcular l'energia tèrmica.
La calorimetria és una branca de la física que estudia l'intercanvi d'energia tèrmica entre cossos. Per mesurar i calcular aquesta energia, és important entendre alguns principis bàsics de la calorimetria.
Un dels principis fonamentals és la llei de conservació de l'energia, que estableix que l'energia total d'un sistema aïllat roman constant al llarg del temps. Això significa que l'energia tèrmica perduda per un cos serà igual a l'energia tèrmica guanyada per un altre cos en un procés d'intercanvi de calor.
Un altre principi important és la capacitat calorífica, que representa la quantitat de calor necessària per augmentar la temperatura d'un cos en una unitat de temperatura. La capacitat calorífica és una propietat específica de cada material i es pot utilitzar per calcular la quantitat de calor implicada en un procés tèrmic.
Per mesurar l'energia tèrmica implicada en un procés, fem servir un instrument anomenat calorímetre. Un calorímetre és un dispositiu que aïlla el sistema de l'entorn extern i mesura amb precisió l'intercanvi de calor entre cossos.
Per calcular l'energia tèrmica, fem servir la fórmula Q = mcΔT, on Q representa la quantitat de calor, m representa la massa del cos, c representa la capacitat calorífica i ΔT representa el canvi de temperatura. Amb aquesta fórmula, podem determinar la quantitat d'energia tèrmica implicada en un procés i realitzar diversos càlculs relacionats amb la calorimetria.
La calorimetria té diverses aplicacions pràctiques, com ara l'estudi de processos industrials, la determinació de les capacitats calorífiques dels materials i el càlcul de l'intercanvi de calor en sistemes complexos. En comprendre els principis bàsics de la calorimetria, és possible entendre i analitzar amb precisió l'intercanvi d'energia tèrmica en diversos contextos.
Calorimetria: què estudies i aplicacions
A calorimetria és una tècnica que determina els canvis en el contingut calòric d'un sistema relacionats amb un procés químic o físic. Es basa en la mesura dels canvis de temperatura quan un sistema absorbeix o emet calor. Un calorímetre és l'equip utilitzat en reaccions que impliquen intercanvi de calor.
El que es coneix com a "tassa de cafè" és la forma més simple d'aquest tipus de dispositiu. Mesura la quantitat de calor generada en reaccions realitzades a pressió constant en una solució aquosa. Un calorímetre de tassa de cafè consisteix en un recipient de poliestirè col·locat dins d'una tassa.
L'aigua es col·loca en el recipient de poliestirè, equipat amb una tapa de poliestirè que proporciona un cert grau d'aïllament tèrmic. El recipient també inclou un termòmetre i un agitador mecànic.
Aquest calorímetre mesura la quantitat de calor absorbida o emesa, depenent de si la reacció és endotèrmica o exotèrmica, quan es produeix una reacció en una solució aquosa. El sistema que s'ha d'estudiar està format per reactius i productes.
Què estudia la calorimetria?
La calorimetria estudia la relació entre l'energia tèrmica associada a una reacció química i com s'utilitza per determinar-ne les variables. Les seves aplicacions en la recerca justifiquen l'abast d'aquests mètodes.
Capacitat calòrica d'un calorímetre
Aquesta capacitat es calcula dividint la quantitat de calor absorbida pel calorímetre per un canvi de temperatura. Aquest canvi és un producte de la calor emesa en una reacció exotèrmica, que és igual a:
Quantitat de calor absorbida pel calorímetre + quantitat de calor absorbida per la solució
El canvi es pot determinar afegint una quantitat coneguda de calor i mesurant el canvi de temperatura. Per a aquesta determinació de la capacitat calorífica, normalment s'utilitza àcid benzoic, ja que es coneix la seva calor de combustió (3.227 kJ/mol).
La capacitat calorífica també es pot determinar afegint calor a través d'un corrent elèctric.
Exemple ús del calorímetre per calcular la calor específica
Una barra metàl·lica de 95 g s'escalfa a 400 °C i es col·loca immediatament en un calorímetre que conté 500 g d'aigua, inicialment a 20 °C. La temperatura final del sistema és de 24 °C. Calcula la calor específica del metall.
Δq = mx ce x Δt
En aquesta expressió:
Δq = variació de càrrega.
m = massa
ce = calor específica.
Δt = variació de temperatura.
La calor guanyada per l'aigua és igual a la calor alliberada per la barra metàl·lica.
Aquest valor és similar al que es mostra en una taula de calor específica per a la plata (234 J/kg °C).
Així doncs, una de les aplicacions de la calorimetria és la cooperació per a la identificació de materials.
Bomba calorimètrica
Consisteix en un recipient d'acer, conegut com a bomba, resistent a les altes pressions que poden sorgir durant les reaccions que es produeixen en aquest recipient; aquest recipient està connectat a un circuit d'ignició per iniciar les reaccions.
La bomba s'immergeix en un gran recipient d'aigua, que absorbeix la calor generada a la bomba durant les reaccions, reduint les variacions de temperatura. El dipòsit d'aigua està equipat amb un termòmetre i un agitador mecànic.
Els canvis d'energia es mesuren a un volum i una temperatura pràcticament constants, de manera que no es fa cap treball sobre les reaccions que es produeixen a la bomba.
ΔE = q
ΔE és la variació de l'energia interna en la reacció i la calor generada en ella.
Tipus de calorímetre
Calorímetre de titració isotèrmica (ITC)
El calorímetre té dues cel·les: en una es col·loca la mostra i en l'altra, la referència, normalment es col·loca aigua.
La diferència de temperatura que es genera entre les cel·les –a causa de la reacció que es produeix a la cel·la de mostra– es cancel·la mitjançant un sistema de retroalimentació que injecta calor per igualar les temperatures de les cel·les.
Aquest tipus de calorímetre permet monitoritzar la interacció entre macromolècules i els seus lligands.
calorímetre de rastreig diferencial
Aquest calorímetre té dues cel·les, com el CTI, però té un dispositiu que permet determinar la temperatura i els fluxos de calor associats als canvis en un material en funció del temps.
Aquesta tècnica proporciona informació sobre el plegament de proteïnes i àcids nucleics, així com la seva estabilització.
Aplicacions
-La calorimetria ens permet determinar l'intercanvi de calor que es produeix en una reacció química, permetent-nos entendre el seu mecanisme amb més claredat.
– A l'hora de determinar la calor específica d'un material, la calorimetria proporciona dades que ajuden a la seva identificació.
-Com que hi ha una proporcionalitat directa entre el canvi de calor d'una reacció i la concentració dels reactius, juntament amb el fet que la calorimetria no requereix mostres clares, aquesta tècnica es pot utilitzar per determinar la concentració de substàncies presents en matrius complexes.
-En el camp de l'enginyeria química, la calorimetria s'utilitza en la seguretat de processos, així com en diferents camps d'optimització de processos, reacció química i en la unitat operativa.
Usos de la calorimetria de titració isotèrmica
-Ajuda a establir el mecanisme d'acció dels enzims, així com la seva cinètica. Aquesta tècnica pot mesurar reaccions entre molècules, determinant l'afinitat d'unió, l'estequiometria, l'entalpia i l'entropia en solució sense necessitat de marcadors.
-Avalua la interacció de les nanopartícules amb les proteïnes i, juntament amb altres mètodes analítics, és una eina important per registrar els canvis conformacionals de les proteïnes.
-Té aplicacions en la conservació d'aliments i cultius.
-Pel que fa a la conservació d'aliments, pot determinar el deteriorament i la vida útil (activitat microbiològica). Pot comparar l'eficàcia de diferents mètodes de conservació d'aliments i determinar la dosi ideal de conservants, així com controlar la degradació dels envasos.
-Per als cultius d'hortalisses, podeu estudiar la germinació de les llavors. Quan estan en aigua i en presència d'oxigen, les llavors alliberen calor, que es pot mesurar amb un calorímetre isotèrmic. Examineu l'edat i l'emmagatzematge inadequat de les llavors i estudieu la seva taxa de creixement quan s'exposen a variacions de temperatura, pH o diferents productes químics.
-Finalment, es pot mesurar l'activitat biològica dels sòls. També pot detectar malalties.
Usos de la calorimetria diferencial de rastreig
– Juntament amb la calorimetria isotèrmica, va permetre l'estudi de la interacció de les proteïnes amb els seus lligands, la interacció al·lostèrica, el plegament de proteïnes i el mecanisme de la seva estabilització.
-Es pot mesurar directament la calor alliberada o absorbida durant un esdeveniment d'unió molecular.
La calorimetria diferencial d'escombratge és una eina termodinàmica per determinar directament l'energia calòrica recollida en una mostra. Això permet l'anàlisi dels factors implicats en l'estabilitat de les molècules de proteïnes.
-També estudia la termodinàmica de les transicions de plegament d'àcids nucleics. La tècnica permet determinar l'estabilitat oxidativa de l'àcid linoleic, tant aïllat com acoblat amb altres lípids.
-La tècnica s'aplica en la quantificació de nanosòlids farmacèutics per al seu ús i en la caracterització tèrmica de transportadors lipídics nanoestructurats.
Referències
- Whitten, K., Davis, R., Peck, M. i Stanley, G. Química (2008). 8a edició. Cengage Learning Edit.
- Rehak, N.N. i Young, D.S. (1978). Aplicacions prospectives de la calorimetria en el laboratori clínic. Clínica. Química. 24 (8): 1414-1419.
- Stossel, F. (1997). Aplicacions de la calorimetria de reacció en l'enginyeria química J. Therm. Anal. 49 (3): 1677-1688.
- Weber, PC i Salemme, FR (2003). Aplicacions dels mètodes calorimètrics al descobriment de fàrmacs i a l'estudi de les interaccions entre proteïnes Opinió actual. Estructura. Biol. 13 (1): 115-121.
- Gill, P., Moghadem, T., i Ranjbar, B. (2010).Tècniques calorimètriques de rastreig diferencial: aplicacions en biologia i nanociència J. Biol. Tech. 21 (4): 167-193.
- Omanovic-Miklicanin, E., Manfield, I., i Wilkins, T. (2017). Aplicacions de la calorimetria de titració isotèrmica en l'avaluació de les interaccions proteïna-nanopartícula J. Therm. Anal. 127: 605-613.
- Consorci de credencials de biociències del Community College. (7 de juliol de 2014). Calorímetre de tassa de cafè. [Figura]. Recuperat el 7 de juny de 2018 de: commons.wikimedia.org