Kalorimetre nedir?

Enerji Verimlilik Yasası kapsamında evrenin her yerinde görülen ısı değişimlerini ve ısının hareketlerinin ölçülmesini sağlayan kalorimetre, ısı ölçümü için kullanılan tüm aletlerin ortak adıdır. Isı ölçer olarak da adlandırılan kalorimetreler ile ölçülen ısı değerleri “kalorimetri” şeklinde tanımlanan bir ısı ölçüm birimi ile ifade edilmektedir. Isı, madde üzerinde bir etkiye sahiptir ve bu etki de kalorimetreler sayesinde dolaylı olarak ölçülür. Maddenin hal değiştirmesi, hacimde görülen değişimler ve doğrudan enerjiye dönüşüm olarak gözlemlenen bu ısı etkilerinin ancak “bir birim tespit edilmesi” halinde kalorimetre ile ölçülebileceği de unutulmamalıdır. Birim tespiti için dünya genelinde kabul edilen en yaygın ve en basit yöntem, bir kilogram buzun tamamen erimesi için gerekli olan ısı miktarıdır.

Birime dayalı ölçüm yönteminin kullanımında belirli bir büyüklükteki buz parçasının içine küçük bir oyuk açılır ve üzerinde ölçüm yapılacak cisim bu oyuğun içine yerleştirilir. Oyuğa yerleştirilen cismin üzerinin de buz ile kaplanmasının ardından cismin sıcaklığının 0ºC’ye inmesi beklenir. Buz ile ısı alışverişinde bulunan cismin sıcaklığının 0ºC’ye sabitlenmesinin ardından kalorimetrede biriken suyun tamamı bir başka kaba aktarılır ve bu kap tartılarak suyun ağırlığı ölçülür. “Ölçüm yapılan cismin mevcut sıcaklığından 0ºC’ye inmek için vereceği ısı, buzun tartılan miktar kadar suya dönüşmesi için alacağı ısıya eşit olduğundan” ısı değeri de saptanmış olur.

Alınan sıcaklık ile verilen sıcaklığın eşit olması, belki de evrendeki en tutarlı bilimsel gerçekliklerden biri olan termodinamik yasalarıyla belirlenmiştir. Bu temel ve tüm evrende değişmeyen yasa, kalorimetreler ile ısı ölçümü yapılmasına da imkan sağlar. Yukarıdaki örnekte yapılan işlemde, buzun suya dönüşmesi için ısı alması gerekmekte ve ortamda bu ısıyı verebilecek tek madde ölçüm yapılan cisimdir. Dolayısı ile ölçüm yapılan cisim soğuyarak 0ºC’ye ulaşırken buza ısı enerjisi akışı olmakta ve buzun da erimesi için ne kadar enerji verilmesi gerektiği bilindiğinden cisimle ilgili istenen ölçüm yapılmış olmaktadır. Kilogram cinsinden ölçülen suyun ağırlığı ısı miktarının bulunmasını sağlamaktadır.

Joseph Black’in temel mantığını kurduğu ve bilime kazandırdığı kalorimetre daha sonra Pierre Laplace tarafından geliştirilerek daha verimli bir kullanım ve daha kesin bir ölçüm imkanı sağlamıştır. Kalorimetrelerde buzun erimesiyle ölçüm yapılabildiği gibi buz yerine su buharı da kullanılabilir. Zira bir kilogram su buharının yoğunlaşması için gereken ısı değeri de bilindiğinden, farklı bir ısı birimiyle ölçüm yapılması da mümkündür. Kesinliğinin tartışılması dahi gereksiz olan termodinamik yasalarının oldukça basit bir uygulama biçimi olan kalorimetreler, insanlık ve bilim açısından son derece önemli bir görevi yerine getirmektedir.