Techniklexikon

Kalorimeter

TeilchenphysikThermodynamik und statistische PhysikChemie, Physikalische Chemie, 1) Wärmelehre: Apparatur mittels der man in der Kalorimetrie Wärmeeffekte misst, die bei physikalischen, chemischen oder biologischen Prozessen auftreten. Bei der Konstruktion der Kalorimeter muss auf eine gute Wärmedämmung und innerhalb des Kalorimeters auf einen guten Wärmeaustausch (z.B. durch Rührwerke) geachtet werden. Je nach Problemstellung kann man unterschiedliche Kalorimetertypen benutzen: Flüssigkeits- oder Mischkalorimeter messen die einem bestimmten Flüssigkeitsvolumen zu- oder abgeführte Energie aus der Temperaturänderung der Flüssigkeit und der spezifischen Wärmekapazität. Bei Metallkalorimetern wird anstelle der Flüssigkeit ein dickwandiger Behälter aus Kupfer oder Silber verwendet und damit die Wärmeabfuhr an die Umgebung bestmöglichst verhindert (z.B. durch ein Dewar-Gefäss). Im adiabatischen Kalorimeter wird der Wärmeverluste dadurch unterbunden, dass man das umgebende Medium auf derselben Temperatur hält wie das Kalorimetergefäss und im isothermen Kalorimeter bzw. Kompensationskalorimeter wird die zu messende Wärmemenge durch eine von aussen zugeführte, messbare Wärmemenge genau kompensiert, so dass die Temperatur konstant bleibt. Weitere Kalorimeter sind die Kalorimetrische Bombe oder Gaskalorimeter (Junkers-Kalorimeter).

2) Hochenergiephysik: Gerät zur Bestimmung der Energie von Teilchen. Man unterscheidet zwischen elektromagnetischen und hadronischen Kalorimetern. In elektromagnetischen Kalorimetern erzeugen Elektronen bzw. Photonen durch Bremsstrahlung und Paarerzeugung eine Teilchenkaskade (einen Schauer), und ein Teil der Teilchenenergie kann in Form von Tscherenkow-Strahlung, Szintillationslicht oder Ionisation nachgewiesen werden. Dieser Beitrag ist proportional zur Primärenergie des Teilchens. Damit der Schauer vollständig absorbiert wird, muss sich das Kalorimeter über mehrere Strahlungslängen erstrecken. Die charakteristische Grösse von hadronischen Kalorimetern ist die nukleare Absorptionslänge. Da sie grösser als die Strahlungslänge ist, sind hadronische Kalorimeter meist viel massiver als elektromagnetische. Das Energieauflösungsvermögen ist sehr viel schlechter; zur Verringerung der nachweisbaren Energie trägt z.B. bei, dass bis zu 20 % der hadronischen Energie zum Aufbrechen der Kernbindungen aufgewendet wird.

Kalorimeter: Rührkalorimeter als Beispiel eines Metallkalorimeters. 1: Rührer, 2: Thermometer, 3: doppelwandiges Dewar-Gefäss, 4: Unterlage.