Mithilfe kalorimetrischer Messungen lassen sich Wärmekapazitäten von Stoffen, Verbrennungswärmen oder der physiologische Brennwert von Nahrungsmitteln bestimmen. Verbrennungswärmen ermittelt man häufig in einfachen Bombenkalorimetern mit konstantem Volumen. Das Kalorimeter ist so aufgebaut, dass weder Energie noch Arbeit mit der Umgebung ausgetauscht werden können und stellt somit ein abgeschlossenes System dar (Bild 1).
Die zu untersuchende Substanz wird in die kalorimetrische Bombe gebracht und dort unter Sauerstoffatmosphäre verbrannt. Die Bombe steht in einem Kalorimetergefäß, das mit Wasser gefüllt ist. Die bei der Verbrennung frei werdende Wärme wird vom Wasserbad des Kalorimeters aufgenommen, wodurch sich die Temperatur des Wassers erhöht. Aus der gemessenen Temperaturänderung kann man die Verbrennungswärme nach der Grundgleichung der Wärmelehre berechnen.
Dazu muss man vor der Messung die Wärmekapazität des Kalorimeters ermitteln. Diese erhält man, indem man z. B. eine bestimmte Menge kaltes Wasser in ein Kalorimeter füllt, eine definierte Menge warmes Wasser dazugibt und die Mischungstemperatur bestimmt. Aus der Energiebilanz lässt sich die Wärmekapazität des Kalorimeters folgendermaßen berechnen:
Ein Nachteil des Bombenkalorimeters besteht darin, dass man die Wärme
bei konstantem Volumen misst. Diese entspricht der Änderung der inneren
Energie und nicht der Änderung der für thermodynamische Berechnungen
interessanteren Enthalpie. Allerdings lässt sich die Verbrennungsenthalpie
aus 
nach
folgender Näherungsgleichung berechnen:
Auf die gleiche Weise lässt sich auch der physiologische
Brennwert von Kohlenhydraten oder anderen Nährstoffen ermitteln
(Bild 2). Die Verbrennungsenthalpie entspricht der bei der Zellatmung
frei werdenden Energie. Der experimentell bestimmte Wert wird allerdings
auf 1 g des analysierten Stoffes bezogen.
Beispiel (Glucose):
1 mol Glucose wiegt 180 g
Brennwert = 2836 kJ : 180 g = 15,7 kJ/g
Die Enthalpie chemischer Reaktionen ist die Reaktionswärme bei konstantem Druck. Diese kann in speziellen Kalorimetern, z. B. in Flammenkalorimetern direkt bestimmt werden. Flammenkalorimeter sind so konstruiert, dass bei der Verbrennung der Druck konstant gehalten wird.
Mittels Kalorimetrie können trotzdem nicht alle Reaktionswärmen
bestimmt werden. Die untersuchten Prozesse müssen schnell und vollständig
verlaufen. Außerdem muss die Temperaturänderung des Wasserbades
groß genug sein, da ansonsten das Ergebnis der Messung zu ungenau
wird.