imported>APPERbot: Bot: unverlinkte DOI verlinkt, Vorlage Commonscat an Inhalte in Commons angepasst, Aliasparameter ersetzt, Groß-/Kleinschreibung der Vorlage(n) wie durch {{SEITENTITEL:}} vorgegeben

2025-10-03T03:00:07Z

Bot: unverlinkte DOI verlinkt, Vorlage Commonscat an Inhalte in Commons angepasst, Aliasparameter ersetzt, Groß-/Kleinschreibung der Vorlage(n) wie durch {{SEITENTITEL:}} vorgegeben

Neue Seite

{{Dieser Artikel|behandelt Messinstrumente zur Bestimmung des [[Brennwert|thermodynamischen Brennwerts]].
* Zu der Bestimmung des [[Physiologischer Brennwert|physiologischen Brennwerts]] siehe [[Bombenkalorimeter]].
* Zu der Energiebestimmung in der Elementarteilchenphysik siehe [[Kalorimeter (Teilchenphysik)]].}}

[[Datei:Ice-calorimeter.jpg|miniatur|Historisches Eiskalorimeter. Dieses Kalorimeter wurde erstmals im Winter 1782–1783 von [[Antoine Lavoisier]] und [[Pierre-Simon Laplace]] genutzt.]]

Ein '''Kalorimeter''' ([[Latein|lat.]] ''calor'' ,Wärme‘, [[Altgriechisch|altgr.]] ''μέτρον'' ‚Maß‘) ist ein [[Messgerät]] (oder eine Apparatur) zur Bestimmung der [[Wärme]]menge, die bei [[physik]]alischen, [[Chemie|chemischen]] oder [[Biologie|biologischen]] Prozessen freigesetzt oder aufgenommen wird. Mit Hilfe eines Kalorimeters kann zudem die [[spezifische Wärmekapazität]] eines Stoffes ermittelt werden. Man unterscheidet Kalorimeter nach Betriebsarten wie zum Beispiel [[adiabatisch]] oder [[isotherm]], oder nach dem Messprinzip wie zum Beispiel Leistungskompensations- oder Wärmeleitungsprinzip. Das Messverfahren selbst bezeichnet man als [[Kalorimetrie]].<ref name="Brockhaus_Enzyklopädie_Kalorimeter"/><ref name="RömppLexikonChemie_Kalorimetrie"/><ref name="Kohlrausch-Kalor-Groessen"/>

Kalorimeter für die Messung der bei einer chemischen Reaktion entstehenden [[Reaktionsenthalpie]] werden als '''Reaktionskalorimeter''' bezeichnet. Geschlossene Kammern zur Messung der Wärmeabgabe von Tieren in der [[Tierphysiologie]] werden als '''Tierkalorimeter''' bezeichnet.<ref>''Wörterbuch der Veterinärmedizin'', 2. Aufl., S. 1216.</ref>

== Arten ==
Unterschieden werden:

* [[Wärmefluss]]<nowiki/>kalorimeter,
* Wärmebilanzkalorimeter und
* adiabatische Kalorimeter

Wärmefluss- und Wärmebilanzkalorimeter werden meist [[isotherm]] gefahren, d. h. mit einem Regler wird die Innentemperatur konstant gehalten. Dann ist die abgeführte Wärmeleistung identisch mit der von der Probe erzeugten Leistung.

Im Wärmeflusskalorimeter wird die Wärme durch [[Wärmeleitung]] transportiert und die dazu nötige Temperaturdifferenz gemessen. Der [[Wärmewiderstand]] der Wand muss bekannt bzw. das Kalorimeter kalibriert sein. Kleine Wärmeströme leitet man vorteilhaft möglichst vollständig durch eine [[Thermosäule]] in der ansonsten gut isolierten Wand.

Im Wärmebilanzkalorimeter werden die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf des Temperiermantels sowie der Massenfluss des Temperiermediums gemessen und daraus die über die Wand transportierte Wärmeleistung berechnet.

Beim [[adiabat]]ischen (genauer: ''anisothermen'') Kalorimeter befindet sich die Probe in einem gedämmten Gefäß oder im Vakuum. Die durch die Reaktion erzeugte Wärmeenergie wird aus der gemessenen Temperaturerhöhung berechnet. Die Wärmekapazität der Probe muss bekannt sein. Bei der [[Dynamische Differenzkalorimetrie|dynamischen Differenzkalorimetrie]] wird parallel einer gleichartigen, aber nicht reagierenden Probe durch Energiezufuhr der gleiche Temperaturverlauf aufgezwungen. Die elektrisch zugeführte Leistung ist leicht zu messen.

=== Anisotherme Kalorimeter ===
Das Kalorimeter ist gegenüber der Umgebung wärmegedämmt. Der Wärmeaustausch erfolgt mit einer Flüssigkeit (Flüssigkeitskalorimeter) oder mit einem Metall (Metallblockkalorimeter). Dieser Gerätetyp ist in der Kalorimetrie der häufigste. Bei sauberem Arbeiten sind mit ihm Genauigkeiten von bis zu 0,01 % möglich. Man wendet dieses Verfahren an, wenn der Wärmeaustausch maximal 20 min dauert.<ref name="Meister_Grundpraktikum_Verbrennungswärme"/>

==== Flüssigkeitskalorimeter ====
Es besteht aus einem doppelwandigen Kupferbehälter, dessen Zwischenraum mit Wasser gefüllt ist und für eine temperaturkonstante Umgebung im inneren Kalorimeter sorgen soll. Das Kalorimetergefäß aus dünnem Blech wird auf einer wärmegedämmten Unterlage aufgestellt. Als Kalorimeterflüssigkeit dient gewöhnliches Wasser, doch können auch andere Flüssigkeiten verwendet werden. Durch ein Rührwerk, dessen Umdrehungszahl konstant bleiben muss, wird ein besserer Wärmeaustausch gewährleistet. Die Temperaturänderung wird mit einem Thermometer gemessen. ''siehe auch'': [[Bombenkalorimeter]] zur Brennwertbestimmung.

==== Adiabatische Kalorimeter ====
Die Temperaturdifferenz zwischen der Kalorimeterflüssigkeit und dem Gefäßmantel wird bei diesen Geräten ständig durch Erwärmen oder Abkühlen ausgeglichen. Beide Vorgänge müssen mit der gleichen Geschwindigkeit ablaufen. Dies ist umso leichter zu erreichen, je langsamer die Wärmeabgabe an das Kalorimeter erfolgt (20 bis 60 Minuten).<ref name="Meister_Grundpraktikum_Kalorimetrie"/><ref name="TÜV-Schweiz-adiabatische-Kalorimeter"/><ref name="evonic_Adiabatische Reaktionskalorimetrie"/><ref name="helgroup_phi-tec_II"/>

=== Isotherme Kalorimeter ===
Bei diesen Geräten wird die [[Wärmemenge]] von bestimmten Substanzen abgenommen, die dabei eine Phasenänderung erleiden. Die Temperaturen bleiben also während des Versuches konstant. Man bezeichnet diese Geräte auch als Phasenumwandlungskalorimeter. Sie werden bei langsam ablaufenden Reaktionen eingesetzt, die über mehrere Stunden dauern.

==== Eiskalorimeter ====
Für Messungen von Wärmemengen bei 0 °C gehört dieses Kalorimeter zu den genauesten. Mit der zu messenden Wärmemenge wird Eis zum Schmelzen gebracht. Da die [[Schmelzenthalpie]] des Wassers bekannt ist, kann aus der Menge des Schmelzwassers die Wärmemenge bestimmt werden.

[[Datei:Lavoisier calorimeter.JPG|miniatur|hochkant=1.2|Eiskalorimeter von [[Antoine Laurent de Lavoisier]] und [[Pierre-Simon Laplace]], in den Jahren 1782–1783 zur Forschung genutzt]]

Ein klassisches Eiskalorimeter besteht aus einem trichterförmigen Innenbehälter, der von einem Außenbehälter umgeben ist. Zur Vorbereitung wird der Innenbehälter mit destilliertem Wasser, und der Außenbehälter mit einer [[Kältemischung]] befüllt, so dass sich auf der Innenwand des Innenbehälters eine Eisschicht bildet. Danach werden die Kältemischung und das restliche, nicht gefrorene Wasser abgelassen und das gesamte Kalorimeter auf die Schmelztemperatur des Wassers temperiert. Das Experimentiergut wird in den Innenbehälter eingebracht und das Kalorimeter mit einem Deckel verschlossen. Das sich bildende Schmelzwasser läuft aus einem Auslass des Innenbehälters zur Vermessung heraus.

==== Kondensationskalorimeter ====
Dieses Kalorimeter, häufig auch Dampfkalorimeter genannt, wird hauptsächlich zur Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität eines Stoffes zwischen 100 °C und 20 °C verwendet. Dabei wird als kondensierendes Gas Wasserdampf benutzt. Der zu untersuchende Körper K wird mittels eines feinen Drahtes an einer empfindlichen Waage aufgehängt und befindet sich im Inneren des Kalorimeters. Leitet man plötzlich gesättigten Wasserdampf, der von tropfbarer Flüssigkeit befreit ist, in diesen Raum ein, so wird eine bestimmte Dampfmenge auf den anfangs kalten Körper kondensieren, bis der Körper die Temperatur des Dampfes angenommen hat. Dabei geht eine Wärmemenge von <math>\Delta Q=r\cdot m</math> auf den Körper über (mit <math>\Delta Q</math>: Wärmemenge; <math>r</math>: [[Kondensationsenthalpie]]; <math>m</math> Masse an kondensiertem Dampf).

Gegen Abtropfen von Wasser schützt ein unten am Körper befestigtes dünnwandiges Platinschälchen. Der Auftrieb, der wegen der Dampfströmung auftritt, muss berücksichtigt werden. Die Methode kann sehr genaue Werte liefern.

==== Wärmeaustauschkalorimeter ====
Bei Reaktionen, die sich über mehrere Stunden bis zu einigen Monaten erstrecken, sorgt man für einen schnellen und vollständigen Wärmeaustausch mit der Umgebung. Es wird dabei die Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit gemessen.

== Reaktionskalorimeter ==
'''Reaktionskalorimeter''' sind für Chemieanwendungen optimierte Kalorimeter. Sie werden in der chemischen [[Verfahrenstechnik|Chemische Reaktionstechnik]] verwendet, um die bei einer Reaktion entstehende Wärme und den zeitlichen Verlauf der [[Leistung (Physik)|Leistung]] ([[Wärmestrom]]) zu messen. Die dabei gewonnenen wärmetechnischen Daten werden für die sicherheitstechnische Beurteilung des [[Prozess (Technik)|Prozesses]] und die Auslegung der [[Chemischer Reaktor|Reaktor]]-Kühlsysteme benötigt. Besonders empfindliche kalorische Messungen können durch Chip-Kalorimeter realisiert werden, wobei der Wärmestrom vorzugsweise durch Serien von Thermoelementpaaren bestimmt wird. [[Mikrodurchfluss-Kalorimetrie]] ermöglicht so auch rasche serielle Messungen.

== Flow-Kalorimeter ==
'''Flow-Kalorimeter''' dienen der Bestimmung von [[Reaktionsenthalpie|Reaktionswärmen]] direkt im kontinuierlichen Betrieb von [[Rohrreaktor|Rohrreaktoren]]. Anders als in Batch-Kalorimetern, bei denen sich Temperatur- und Konzentrationsprofile stark von realen Prozessen unterscheiden, erfassen Flow-Kalorimeter das axiale Temperaturprofil im Reaktor. Dadurch können [[Reaktionsenthalpie|Reaktionsenthalpien]] (ΔHr) realitätsnah bestimmt und thermodynamische Daten für die Prozesssicherheit und das Scale-up gewonnen werden.

Die Technik kombiniert segmentale Wärmebilanzen mit Wärmeübertragungsmodellen und erlaubt dadurch eine präzise Analyse auch ohne Kalibrierung. Validierungen an Modellreaktionen wie der [[Hydrolyse]] von [[Essigsäureanhydrid]] oder der [[Neutralisation (Chemie)|Neutralisation]] von [[Essigsäure]] mit [[Natronlauge]] zeigen Abweichungen zu Literaturwerten im Bereich von wenigen Prozent. Flow-Kalorimeter sind daher ein wichtiges Werkzeug zur sicheren Entwicklung und direkten Skalierung [[Kontinuierlicher Prozess|kontinuierlicher Prozesse]].<ref name="Moser2021">Moser, M.; Georg, A.G.; Steinemann, F.L.; Rütti, D.P.; Meier, D.M. (2021): ''Continuous milli-scale reaction calorimeter for direct scale-up of flow chemistry''. Journal of Flow Chemistry 11, 691–699. [[doi:10.1007/s41981-021-00204-y]].</ref><ref name="Steinemann2022">Steinemann, F.L.; Rütti, D.P.; Moser, M.; Georg, A.G.; Meier, D.M. (2022): ''Simultaneous determination of enthalpy of mixing and reaction using milli-scale continuous flow calorimetry''. Journal of Flow Chemistry. [[doi:10.1007/s41981-022-00237-x]].</ref>

== Teilchenphysik ==
In der [[Teilchenphysik]] versteht man unter einem Kalorimeter ein Instrument zur Bestimmung der [[Energie]] eines einzelnen Teilchens, siehe [[Kalorimeter (Teilchenphysik)]].

== Literatur ==
* {{Literatur |Sammelwerk=Arbeitsmethoden der Thermodynamik |Autor=[[Franz Xaver Eder (Physiker)|Franz Xaver Eder]] |Titel=Thermische und kalorische Stoffeigenschaften |Band=2 |Verlag=Springer Verlag |Ort=Berlin/Heidelberg |Datum=1983 |ISBN=3-540-11727-X |DOI=10.1007/978-3-642-93226-7 |Seiten=125-261 |Kapitel=5.1 Kalorimetrische Messverfahren}}
* {{Literatur | Autor=[[Dieter Meschede]] | Titel=[[Gerthsen Physik]] | Auflage=24 | Verlag=Springer | Ort=Heidelberg, Dordrecht, London, New York | Jahr=2010 | ISBN=978-3-642-12893-6 | Seiten=260 }}
* {{Literatur
|Hrsg=Friedrich Kohlrausch
|Sammelwerk=Praktische Physik
|Autor=S. M. Sarge
|Titel=Kalorische Zustandsgrößen
|Band=1
|Verlag= Teubner-Verlag
|Ort=Stuttgart
|Datum=1996
|ISBN=3519230011
|Seiten=411–493
|Online=https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/publikationen/buecher/Kohlrausch/Band_1/Waerme/Kohlrausch_1_Waerme_Kalorische_Zustandsgroessen.pdf
|Format=pdf
|KBytes=6900
|Abruf=2017-06-10}}
* Moser, M.; Georg, A.G.; Steinemann, F.L.; Rütti, D.P.; Meier, D.M. (2021): <nowiki>''</nowiki>Continuous milli-scale reaction calorimeter for direct scale-up of flow chemistry<nowiki>''</nowiki>. In: Journal of Flow Chemistry, Band 11, S. 691–699, doi: [https://link.springer.com/article/10.1007/s41981-021-00204-y 10.1007/s41981-021-00204-y].
* Steinemann, F.L.; Rütti, D.P.; Moser, M.; Georg, A.G.; Meier, D.M. (2022): <nowiki>''</nowiki>Simultaneous determination of enthalpy of mixing and reaction using milli-scale continuous flow calorimetry<nowiki>''</nowiki>. In: Journal of Flow Chemistry. Online First, 2022, doi: [https://link.springer.com/article/10.1007/s41981-022-00237-x 10.1007/s41981-022-00237-x].

== Weblinks ==
{{Commonscat|Calorimeters|Kalorimeter|audio=0|video=0}}
{{Wiktionary}}
== Belege ==
<references>
<ref name="Kohlrausch-Kalor-Groessen">
{{Literatur
|Hrsg=Friedrich Kohlrausch
|Sammelwerk=Praktische Physik
|Autor=S. M. Sarge
|Titel=Kalorische Zustandsgrößen
|Band=1
|Kapitel=3.3.2 Charakterisierung von Kalorimetern
|Verlag= Teubner-Verlag
|Ort=Stuttgart
|Datum=1996
|ISBN=3519230011
|Seiten=412-428
|Online=https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/publikationen/buecher/Kohlrausch/Band_1/Waerme/Kohlrausch_1_Waerme_Kalorische_Zustandsgroessen.pdf
|Format=pdf
|KBytes=6900
|Abruf=2017-06-10}}</ref>
<ref name="Brockhaus_Enzyklopädie_Kalorimeter"> ''Kalorimeter''. In:
{{Literatur
|Titel=Brockhaus-Enzyklopädie
|Verlag=Leipzig ; Mannheim : Brockhaus
|Band=14
|Datum=2006
|ISBN=3-7653-4114-2}}
</ref><ref name="RömppLexikonChemie_Kalorimetrie">
''Kalorimetrie''. In:
{{Literatur
|Titel=Römpp Lexikon Chemie
|Hrsg=Jürgen Falbe, Manfred Regitz
|Verlag= Georg Thieme Verlag
|Band=3
|Ort=Stuttgart
|Datum=1997
|ISBN=3-13-734810-2}}
</ref><ref name="TÜV-Schweiz-adiabatische-Kalorimeter">
{{Internetquelle
| url=https://www.tuev-sued.ch/ch-de/leistungen/laboratory-testing/thermal-safety
| titel=Thermische Sicherheit
| titelerg=Adiabatische Kalorimetrie
| hrsg=TÜV SÜD in der Schweiz
| abruf=2017-06-09
}}</ref>
<ref name="evonic_Adiabatische Reaktionskalorimetrie">
{{Internetquelle
|url = https://analytik.evonik.de/product/analytics/downloads/analytik_newsletter_03_2016.pdf
|titel = Adiabatische Reaktionskalorimetrie
|titelerg = Safety first!
|hrsg = Evonik Technology & Infrastructure GmbH
|werk = Fokus Analytik - Newsletter der Product Line Analytik
|datum = 2016-03
|abruf = 2019-05-09
|format = pdf
|kommentar = Firmenmitteilung Beschreibung eines adiabatischen Kalorimeter und Beschreibung einer Anwendung
}}</ref>
<ref name="helgroup_phi-tec_II">
{{Internetquelle
|url = https://www.helgroup.de/reactor-systems/safety-calorimetry/phitec-ii-precise-stability-reaction-safety-calorimetry/
|titel = Phi-TEC II // Precise Stability & Reaction Safety Calorimetry
|hrsg = HEL Inc
|werk = Website der Firma
|datum = 2019
|sprache = de
|abruf = 2019-05-09
|format = pdf
|kommentar = Produktdaten zu Phi-TEC II – ein PC-gesteuertes adiabatisches Kalorimeter
}}</ref>
<ref name="Meister_Grundpraktikum_Verbrennungswärme">
{{Literatur
|Autor=Erich Meister
|Titel=Grundpraktikum der Physikalischen Chemie
|Datum=2006
|Verlag=vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich
|Ort=Zürich
|Seiten=156-171
|Kapitel=9 Verbrennungswärme, Bombenkalorimeter
}}</ref>
<ref name="Meister_Grundpraktikum_Kalorimetrie">
{{Literatur
|Autor=Erich Meister
|Titel=Grundpraktikum der Physikalischen Chemie
|Datum=2006
|Verlag=vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich
|Ort=Zürich
|Seiten=173-187
|Kapitel=10 Kalorimetrie, Das Lösungsmittelkalorimeter, Thermometrische Titration
}}</ref>

</references>

{{Normdaten|TYP=s|GND=4163121-3|LCCN=sh85019030}}

[[Kategorie:Thermodynamik]]
[[Kategorie:Biophysikalische Methode]]
[[Kategorie:Messgerät]]
[[Kategorie:Laborgerät]]

Kalorimeter - Versionsgeschichte

imported>APPERbot: Bot: unverlinkte DOI verlinkt, Vorlage Commonscat an Inhalte in Commons angepasst, Aliasparameter ersetzt, Groß-/Kleinschreibung der Vorlage(n) wie durch {{SEITENTITEL:}} vorgegeben