À son niveau le plus élémentaire, la calorimétrie est la science de l’absorption et de la perte de chaleur. Il mesure les changements d’énergie dans une substance donnée et donne aux observateurs et aux chercheurs une idée de la quantité d’énergie nécessaire pour décomposer cette substance ou la faire changer. Un processus chimique peut absorber ou libérer de l’énergie, et cette énergie est souvent sous forme de chaleur. L’analyse nutritionnelle est l’une des utilisations les plus courantes de cette information. Les aliments se décomposent en énergie pendant la digestion, ce qui entraîne un coût énergétique mesurable, mais les métaux et autres substances peuvent également se décomposer, généralement lorsqu’ils sont exposés à la chaleur ambiante. La connaissance de ces circonstances est importante pour les personnes en ingénierie et autres métiers connexes. Les calculs sont normalement effectués à l’aide d’un appareil appelé calorimètre, et selon la nature et la spécificité requise des tests, ceux-ci peuvent être très simples ou assez complexes. La clé est généralement la capacité de mesurer de manière cohérente les changements de température au fil du temps.
Concept de base
La calorimétrie en tant que science est quelque peu compliquée, et la compréhension de son fonctionnement plus profond nécessite généralement à la fois une solide compréhension de la physique de base et de la thermodynamique. D’un point de vue plus basique, cependant, les calculs peuvent être considérés comme des moyens de déterminer l’énergie inhérente d’une substance en fonction de la chaleur qu’elle émet ou absorbe. Les mesures de température sont généralement le point central. L’observation des changements de température dans une substance au fil du temps peut donner un aperçu mesurable de la quantité d’énergie qu’elle prend ou donne.
Pourquoi c’est important
La plupart des composés, des métaux durs aux substances alimentaires, contiennent de l’énergie brute, mais ils ne font généralement rien à moins que la substance ne subisse une sorte de changement. Lorsque les choses sont chauffées, par exemple, ou exposées à d’autres facteurs environnementaux, l’énergie latente se transforme souvent en quelque chose de mesurable. Comprendre comment les substances se décomposent et les conditions dans lesquelles cela se produit est vraiment important pour un certain nombre d’applications différentes.
Comment ça fonctionne?
Les scientifiques utilisent généralement des outils appelés calorimètres pour mesurer la quantité de chaleur qu’une réaction absorbe ou libère. Il existe deux types différents. De nombreux étudiants en sciences du secondaire sont familiers avec une forme très basique de calorimétrie réalisée dans une tasse en mousse ; la tasse agit comme un isolant et les élèves l’utilisent pour mesurer les variations de température de l’eau au fil du temps. Les résultats de ce type d’expérience peuvent donner aux étudiants une compréhension de base des mesures d’énergie, mais ne sont généralement pas assez précis pour des efforts plus sérieux.
Des calculs plus sérieux nécessitent généralement des outils plus intensifs. Un appareil connu sous le nom de calorimètre à bombe est un exemple très courant. Cette pièce d’équipement est généralement constituée d’un boîtier en acier – une « bombe » – qui ne changera pas de volume. Les réactifs sont placés à l’intérieur de la bombe et la bombe placée à l’intérieur d’un autre récipient rempli d’eau. La température de l’eau est alors notée, et la réaction, souvent sous forme d’explosion, est laissée à se produire.
Exécution de l’expérience
Avant que la réaction n’ait lieu, les substances contenues dans la bombe sont généralement soumises à une pression extrême par l’ajout d’oxygène. Les scientifiques doivent également prendre en compte la capacité calorifique de l’appareil avant de pouvoir déterminer la quantité de chaleur absorbée ou libérée. La capacité calorifique est une mesure de la quantité de chaleur nécessaire pour élever l’appareil d’un degré Celsius. Après la réaction, la température de l’eau est prise. Une fois toutes ces valeurs connues, un scientifique est en mesure de calculer la quantité de chaleur absorbée ou perdue.
Rôle dans les calculs nutritionnels
Les calculs de calories sont utilisés dans de nombreuses applications, mais plus particulièrement avec les aliments. Les aliments contiennent tous un certain contenu calorique, qui est essentiellement une description de la quantité d’énergie qu’ils fournissent, ce qui à son tour indique la quantité de travail qu’une personne devra produire pour «brûler» ou «éliminer» cet apport. La plupart des fabricants d’aliments emballés dans le monde calculent le contenu calorique des produits qu’ils produisent et impriment cette mesure sur l’emballage.
D’une manière générale, une calorie est une mesure de la chaleur, et elle représente la quantité de chaleur nécessaire pour augmenter la température d’un gramme d’eau pure d’un degré Celsius. La calorie-C majuscule généralement présentée sur les emballages alimentaires est en fait une kilocalorie : c’est-à-dire 1,000 4.2 calories. Certains pays n’utilisent pas les calories comme mesure de l’énergie alimentaire, mais décrivent plutôt l’énergie alimentaire en termes de joules. Il y a environ XNUMX joules dans chaque calorie.
Lorsque la calorimétrie est utilisée pour déterminer la teneur en calories des aliments, les aliments déshydratés sont placés dans un calorimètre à bombe. L’aliment est ensuite brûlé afin de connaître la quantité d’énergie qu’il contient. Ainsi, lorsqu’une personne mange un article qui contient 100 kilocalories (environ 4,200 100 joules), il faudra 4,200 kilocalories (environ XNUMX XNUMX joules) au corps pour le brûler.