Una bomba calorimétrica es un "portamuestras de acero, generalmente cilíndrico, provisto de un alambre de encendido interno por efecto Joule y cerrado por un tapón roscado apretado, capaz de resistir una combustión explosiva en presencia de 30 bar de oxígeno" . Colocado en un calorímetro , permite medir la liberación de calor durante una reacción química con gases y realizada a volumen constante. En estas condiciones, las de calor está involucrado igual a la variación de la función de estado de energía interna U del sistema de reacción:? U = Q V . El calor ya no depende de la forma de proceder, luego se puede determinar.
Por tanto, podemos determinar el poder calorífico (en J / g ) de una sustancia.
La bomba calorimétrica fue desarrollada por Pierre-Eugène Marcellin Berthelot en 1879 mientras estudiaba los fenómenos de combustión a volumen constante.
Para medir el poder calorífico de una sustancia, es necesario determinar el calor que desprende esa sustancia durante una reacción de combustión completa, rápida y única. Completo para evitar correcciones difíciles de calcular si parte de la sustancia no se ha quemado, rápido para evitar pérdidas de calor inevitables incluso si el sistema está aislado y único para que las reacciones secundarias no perturben la medición.
El principio de funcionamiento del calorímetro de bomba cumple estas tres condiciones. Es un cilindro de acero , buen conductor del calor y muy resistente a la presión , que puede llegar instantáneamente a varios cientos de bares tras la reacción . En el fondo de este cilindro se coloca un crisol en el que se depositará la sustancia a estudiar. A continuación, el cilindro se llena con oxidante ( oxígeno a una presión de 20 a 30 bares, para asegurarse de que estará en exceso para asegurar una combustión completa). El dispositivo de disparo consta de un alambre metálico en contacto con la sustancia, que será atravesado por una corriente de fuerte intensidad para desencadenar la combustión. La bomba se coloca en un calorímetro que contiene una gran cantidad de agua destilada , equipado con un dispositivo de agitación y un termómetro de precisión. La cantidad de agua es importante para que el aumento de temperatura no supere unos pocos grados.
Después de haber medido la temperatura inicial, se dispara la cocción y luego se mide la temperatura al final de la combustión cuando se alcanza el equilibrio térmico del calorímetro (momento en que la curva de temperatura desciende). Conociendo la capacidad calorífica del calorímetro, es fácil determinar la cantidad de calor producido por la combustión, corrigiéndola por el calor suministrado por el sistema de encendido.
Se debe calibrar un calorímetro de bomba antes de cada medición. La calibración se realiza realizando la combustión de un cuerpo cuyo poder calorífico es conocido (generalmente ácido benzoico , poder calorífico 26 453 Jg -1 ). Esta calibración se utiliza para determinar la capacidad calorífica del calorímetro .
Un calorímetro de bomba puede contener gases a altas presiones. Por tanto, es necesario realizar numerosos controles de calidad para evitar cualquier riesgo de fuga o incluso explosión.
La oxidación de los nutrientes tiene lugar en el cuerpo humano por el mismo principio para obtener la energía necesaria para la vida. Sin embargo, el proceso es más lento y menos intenso, de hecho las células no pudieron resistir un aumento brusco de temperatura. Además, las células no tienen ningún interés en disipar la energía potencial química de los nutrientes en forma de calor: esta (la energía potencial en cuestión) se almacena de hecho en una forma utilizable por la célula, generalmente el ATP . Podemos establecer los equivalentes energéticos de diferentes alimentos. En el cuerpo, la oxidación de las proteínas no es tan completa y da como resultado la formación de urea ; A continuación, se debe restar el valor energético de la urea producida.