مسعر

رسم توضيحي للمثمن:
1) ترمومتر
2) سلك للتقليب
3)غطاء عازل
4) وعاء داخلي (معزول)
5) وعاء خارجي
6) عوازل حرارية.

المسعّر هوجهاز يستخدم في المختبرات الكيميائية لقياس كمية الحرارة الناتجة عن التفاعلات الكيميائية أوالحرارة الناتجة عن تغيرات فيزيائية مثل تحول طوري، بالإضافة إلى قياس الحرارة النوعية للمواد.

يسمى المسعّر بالإنجليزية Calorimeter وهي تعني باللاتينية قياس الحرارة، أما التسمية العربية فمشتقة من الثمنة الحرارية التي تقابل Calorie. في عام 1892 ابتكر "هوجويونكرز" الألماني مثمن وقام بتسجيله للاحتفاظ بحقوق اختراعه، واستخدمه كجهاز لقياس القيمة الحرارية للغازات القابلة للاحتراق.

من ماذا يتكون المثمن: يتكون المثمن من إنائين من فلز كالألمنيوم أوالنحاس، إحداهما لإدخال ميزان حرارة، ولأخرى لإدخال أداة لتحريك الخليط ويتم تبادل الطاقة الحرارية بين المواد المخلوطة داخل المثمن، ويحدث كذلك تبادل للطاقة مع الجدار الداخلي للمثمن، بينما يقوم العازل والجدار الخارجي للمثمن بمنع انتنطق الحرارة من المخلوط الحراري إلى الوسط المحيط، أوبالاتجاه المعاكس.

مبدأ عمله

يعتمد على قانون حفظ الطاقة في نظام مغلق والمعزول بحيث لا تدخل حرارة من الخارج إلى النظام ولاتخرج منه حرارة إلى الوسط المحيط.

آلية عمله

حساب التغير في الطاقة الحرارية للمادة المسخنة في المثمن وذلك من خلال الزيادة الحاصلة في درجة حرارة الماء في المثمن وكمية الماء والحرارة النوعية للماء. تقاس الحرارة بوحدة جول.

يقيس المثمن كمية الحرارة الناتجة من تفاعل كيميائي في نظام معزول به كمية معلومة من الماء مثلا. وبفهم كمية الماء والحرارة النوعية ( ${\displaystyle C$ ) للماء وبقياس الارتفاع في درجة الحرارة ( ${\displaystyle \Delta T$ ) الحادثة من التفاعل يمكن حساب كمية الحرارة الناشئة ( ${\displaystyle q$ ) من التفاعل بالمعادلة:

ضرب m: ${\displaystyle q=C.\Delta T$

وتعريف الحرارة النوعية C هي أنها كمية الحرارة اللازمة لحمل درجة حرارة 1 جرام من المادة درجة واحدة (بين 14 - 15 مئوية).

أنواعه

تستعمل أنواع أخرى من المسعّر لقياس الحرارة الناتجة من تفاعل كيميائي وكذلك لقياس محتوى الأطعمة من الطاقة (الثمنات).

مثمن تغير درجة الحرارة

يكون المثمن معزولا عن الوسط المحيط. ويمكن إجراء التبادل الحراري باستخدام سائل (في المثمن السائلي) أوباستخدام معدن (في مثمن معدني). وتلك المثمنات هي أكثر المثمنات استخداما في المعامل الكيميائية. بإتقان العمل به يمكن التوصل إلى دقة قياس تصل إلى 0,01 %. تستخدم هذه المثمنات عندما يستغرق التبادل الحراري 20 دقيقة على الأكثر.

مثمن سائلي

يتكون المثمن الذي يعمل بسائل من وعاء داخل وعاء من النحاس ويملأ الفراغ بينهما بالماء ويعمل على الاحتفاظ بدرجة حرارة ثابتة داخل المثمن. الوعاء الداخلي مصنوع من النحاس الرقيق ويستند على الوعاء الخارجي على عوازل حرارية. ويستخدم الماء عادة كسائل للمثمن، كما يمكن استعمال سوائل أخرى. وعن طريق أداة للتقليب يمكن تسريع عملية الانتنطق الحراري. ويقاس التغير الحادث في درجة الحرارة بواسطة ترمومتر. (أنظر أيضا مثمن قنبلي لقياس القيمة الحرارية).

مثمن أديباتي

في هذا النوع من المثمنات يحتفظ بفرق درجة الحرارة بين سائل المثمن وسائل الوعاء الخارجي ثابتا عن طريق التسخين أوالتبريد بالمعدل الجاري. ويجب حتى يسير التسخين أوالتبريد بنفس السرعة للاختفاظ بفرق درجتي الحرارة ثابتا. ويسهل إجراء ذلك عندماقد يكون إنتاج الحرارة في المثمن بطيئا (بين 20 - 60 دقيقة).

مثمن درجة الحرارة الثابتة

في تلك المثمنات تعين كمية الحرارة الناتجة من مواد معينة يحدث فيها تحول طوري. ويحتفظ بدرجة الحرارة أثناء هذا التحول ثابتة. وتسمى تلك المثمنات أيضا مثمنات تحول الطور. وتستخدم عندماقد يكون التحول الطوري بطيئا، وقد يستغرق عدة ساعات.

مثمن الثلج

يعتبر القياس عند درجة الصفر المئوي في هذا المثمن من أدق المثمنات. وتعمل كمية الحرارة الناتجة من تفاعل كيميائي مثلا على صهر كمية من الثلج. ونظرا لأن حرارة الانصهار للماء معروفة فيمكن من كمية الماء المتكون من الثلج حساب الحرارة الناتجة. ابتكر "لافوازييه" هذا النوع من المثمنات عام 1782. وهويتكون من وعاء داخلي بشكل القمع ويحيطة وعاء آخر خارجي.

لتحضير عملية القياس يملأ الفراغ بين الوعائين بالماء المقطر، ويملأ الوعاء الخارجي بمخلوط من ثلج، بحيث تتكون طبقة ثلجية على جدران الوعاء الداخلي. ثم يزال مخلوط الثلج والماء الذي لم يتجمد ويصبح المثمن عند نقطة انصهار الثلج. ثم توضع العينة المراد تعيين كمية حرارتها في الوعاء الداخلي ويغلق غطاء المثمن. فيسيل الماء الناتج من انصهار الثلج من صنبور في قاع الوعاء الداخلي بالمقدار المتناسب مع الحرارة الناتجة ويقاس حجمه.

بفهم كمية الماء الناتجة بالجرام وحرارة انصهار الثلج يمكن حساب كمية الحرارة الناتجة من العينة، طبقا للمعادلة المذكورة أعلاه.

مثمن التكثيف

يسمى هذا المثمن أيضا "المثمن البخاري" ويستخدم لتعيين الحرارة النوعية لمادة بين 100 - 20 درجة مئوية ويستخدم البخار للتكثيف.

يعلق الجسم المراد قياسه على ميزان حساس بواسطة سلك رفيع ويكون داخل المثمن. ثم يسمح لبخار الماء بالمرور عليه فيتكثف جزء من بخار الماء عليه الذي كان أولا باردا، حتى تصل درجة حرارة الجسم إلى درجة حرارة البخار. يكتسب الجسم من البخار كمية حرارة قدرها ΔQ=r·m.

حيث :(ΔQ == كمية الحرارة; r = حرارة التكثف [تساوي حرارة غليان الماء] ; m == كتلة البخار المتكثف على الجسم).

لعدم السماح بتساقط الماء المتكثف عمن على الجسم يمكن جمعها في بوتقة رقيقة من البلاتين أسفله. يمكن بتلك الكيفية تعيين الحرارة النوعية لمادة بدقة عالية.

مراجع

^ C80 Calorimeter from Setaram Instrumentation نسخة محفوظة 26 مايو2015 على مسقط واي باك مشين.
^ Buchholz, Andrea C; Schoeller, Dale A. (2004). "Is a Calorie a Calorie?". American Journal of Clinical Nutrition. 79 (5): 899S–906S. PMID 15113737. مؤرشف من الأصل في 05 أكتوبر 2010. اطلع عليه بتاريخ 12 مارس 2007.