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La calorimétrie est la partie de la physique qui s'occupe de la mesure des quantités de chaleur. On utilise pour cela un calorimètre ,plus connu sous le nom de thermos.
Le principe de base est simple:
Si on verse de l'eau fraîche à 10°C avec la même quantité d'eau à 30°C dans un thermos, on constate que l'ensemble se trouve à 20°C, moyenne des deux températures(à condition que cela a été versé dans un thermos à 20°C).
Si maintenant la masse d'eau fraîche est m1 à la température t1 et celle à laquelle on la mélange est de m2 à la température t2, la température d'équilibre sera la moyenne pondérée par les masses, c’est-à-dire
La capacité pour un matériaux d'accumuler de l'énergie sous forme de chaleur, sa capacité calorifique
est spécifique à chaque matériaux et donc si l'équilibre thermique est fait avec plusieurs matériaux sans qu'ils changent d'état
et sans qu'ils interagissent chimiquement alors la température d'équilibre sera la moyenne pondérée par les capacités
calorifiques, c’est-à-dire:
ou avec n matériaux:
Il faut consirérer que le calorimètre fait partie des n matériaux et en tenir compte par sa "masse en eau".
Si un des matériaux change d'état et si l'on n'a pas idée de la température finale, il faut faire une hypothèse comme ci dessous où l'on fait l'hypothèse que l'équilibre aura fait fondre le glaçon:
Un glaçon mis dans un verre d'eau va modifier la température de la boisson et le résultat va être un équilibre thermique. Mais du
fait qu'il va fondre il va falloir tenir compte de m1 Cg t2, pour amener le glaçon de tg à 0, de m1Lf pour le faire fondre et de
m1Ceau (t-0) pour l'amener à t; la somme de ces trois termes permet de déterminer l'énergie sous forme de chaleur qu'il a reçu de
l'eau qui a été refroidie et qui a perdu la même énergie: m_2 Ceau (t -t2)
et résoudre cette équation pour exprimer la température t d'équilibre.
Si le glaçon a une masse plus grande que la masse d'eau, c'est l'inverse qui peut se produire, c’est-à-dire que l'eau va geler totalement ou partiellement ou encore ce peut être le glaçon qui fondra partiellement; dans ces deux derniers cas, la température finale sera la température de la glace fondante.
Bien sûr, l'eau pure sert de réfèrence et il a été trouvé expérimentalement qu'il faut 4.18 Joules pour augmenter la température de un gramme d'eau de 1°C .
Si on met alors une masse connue m d'un corps chauffé à la température t1 dans un calorimètre contenant une masse m2 d'eau à la température t2 (y compris la valeur en eau du calorimètre) et que l'on mesure t de l'équilibre: on peut déterminer la capacité thermique du corps en résolvant:
Les différentes phases d'un matériau sont représentés dans un diagramme de phase
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http://www.microcalorimetry.com/index.php?id=13 la microcalorimétrie est en fort développement pour caractériser les échanges de chaleur lors de réaction en microbiologie.
