Kalorimetre

Kalorimetre (ısı ölçer), bir nicelik olarak ısıyı ölçen aygıttır. Kalorimetri ise "ısı ölçüm bilimi" ve "ısı ölçümü" için kullanılır.

Isı, başka cisimler üzerinde meydana getirdiği etkiye dayanarak dolaylı olarak ölçülür. Bu etkilerden en çok bilinenleri;

Bir maddenin hacminde sıcaklıkla meydana gelen artma,
Bir maddede durum değişmesine sebeb olma,
Enerjiye dönüşme olarak verilir.

Isı ölçümünde ilk gerekli olan şey birimin tesbit edilmesidir. Böyle değişik birimler ortaya atılmıştır.

Buz kalorimetresi

En basit ısı ölçü birimi, bir kilogram buzu eritmek için gerekli ısı miktarıdır. Birime dayanan ölçme şeklinde, bir buz kütlesi alınır. İçinde bir oyuk açılır. Mesela belirli bir sıcaklıktaki bir cismin 0°C dereceye inmek için vereceği ısıyı ölçmek için, o cisim bu oyuğa konulur ve üstü bir buz tabakasıyla kapatılır. Konulan cismin sıcaklığı 0°C dereceye bir müddet sonra iner. Sonra meydana gelen su alınarak tartılır. Cismin sıfır dereceye inmek için vereceği ısı su haline geçen buzun erimesi için gerekli olan ısıya eşit olacağından, kilogram cinsinden ölçülen su ağırlığı ısı miktarını verir. Daha sonra Joseph Black tarafından kullanılan bu alet, Pierre Laplace tarafından geliştirilmiştir.

Robert W. E. Bunsen ise, bu aleti iki hazneli yaparak daha da pratik hale getirmiştir. İç hazne ısısı ölçülecek cisim için olup, dışta bulunan ve iç hazneyi çeviren haznede buz ve su karışımı bulunur. Dış hazneye bir kapiller boru bağlanmıştır. Ayrıca aleti, dış tesirlerden korumak için bütün dış hazne buz parçacıklarıyla sarılmıştır. Çalışma durumunda dış haznedeki buz ve su karışımı tamamen dengede olup, ne erime ve ne de donma mevcuttur. Isısı ölçülecek cisim, iç hazneye konulduğunda buz-su karışımındaki buzlar erimeğe başlar.

Eriyen buz miktarı bu haznede meydana gelen hacim değişikliğinden ve bu ise eklenmiş bulunan tüpteki seviye değişikliğinden anlaşılır. Bu değerden, cismin sahib olduğu ısıya geçmek mümkündür.

Buhar kalorimetresi

Bir kilogram buharın yoğunlaşıp aynı sıcaklıkta su haline dönüşürken verdiği ısı da, başka bir ısı birimi olarak tarif edilir. Bugünkü durumuna fizikçi John Joly'in çalışmalarıyla gelmiştir. Hassas bir terazinin bir kefesine sahib olduğu sıcaklığı ölçülecek cisim konur. Cismin sıcaklığı kendisini saran buharın sıcaklığına çıkarken, buharın bir kısmı cisim üzerinde yoğunlaşır. Daha sonra cisim tartılarak yoğunlaşmış olan buharın ağırlığı bulunur. Bu kadar buharın yoğunlaşması için gerekli olan ısı miktarı, cismin bulunduğu sıcaklıktan, buharın sıcaklığına gelmesi için gerekli olan ısı miktarına eşit olacaktır.

Kab kalorimetresi

Değişik bir ısı birimi de, belirli bir su kütlesinin sıcaklığını 1°C artırmak için gerekli olan ısı miktarı olarak tarif edilir. Bu birim oldukça yaygın olarak kullanılır. Yaklaşık olarak mesela, bir kilogram suyu 32°C'den 33°C'ye çıkarmak için gerekli olan ısı miktarı 99°C'den 100°C'ye çıkarmak için gerekli olana eşittir. Ancak daha kesin bir tarif yapmak için bu bir kilogram suyu, 15°C'den 16°C'ye çıkarmak için gerekli olan ısı miktarı olarak tarif edilir ve kilokalori olarak isimlendirilir. Bu birim sisteminde başka bir birim de Joule'dür ve bu saniyede bir watta veya 107 erge eşdeğerdir. Diğer benzer bir birim de, 1 pound (0,454 kg)luk suyun 5960°F'ye çıkarmak için gerekli olan ısı miktarı olarak tarif edilir ve BTU - British Thermal Unit olarak isimlendirilir. Bu birimle bir cismin sahip olduğu ısıyı ölçmek için dışarıya karşı tamamen yalıtılmış kapta bulunan suya atılır. Suyun sıcaklığındaki artma ölçülür. Buradan ısı miktarı hesap edilir. Herhangi bir yakıtın ısı kapasitesini bulmak için yakıt, hava geçirmeyen, içinde bol oksijen bulunan bir kaba konulur. Bu kap su ile çevrilmiş olup, suyun sıcaklığındaki yükselme ölçülerek ısı miktarı hesap edilir.