Unter dem Begriff "kalorimetrische Messungen" werden solche Messungen zusammengefasst, bei denen man beispielsweise die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes, seine Schmelzwärme oder den spezifischen Heizwert eines Brennstoffes und damit wichtige Stoffkonstanten bestimmen kann. Genutzt wird dazu ein Kalorimeter, so wie es in einfacher Form in Bild 1 dargestellt ist. Um den Wärmeaustausch mit der Umgebung möglichst gering zu halten, sollte das Kalorimetergefäß gut wärmeisoliert sein und auch einen Deckel besitzen. Der Rührer ist erforderlich, um eine schnelle Durchmischung und damit auch einen schnellen Temperaturausgleich zu erzielen. Mit dem Thermometer kann die Temperatur bestimmt werden.
Die Wärmekapazität eines
Kalorimeters
Für genaue Messungen ist zu berücksichtigen, dass z.B. bei der
Mischung von Flüssigkeiten verschiedener Temperatur auch das Kalorimeter
Wärme aufnimmt oder abgibt. Das kann man von vornherein berücksichtigen,
wenn man in die Energiebilanz die Wärmekapazität
eines Kalorimeters mit einbezieht. Die Größe wird auch
als Wasserwert bezeichnet.
Allgemein versteht man in der Physik unter der Wärmekapazität
eines Körpers die Wärme, die ihm zugeführt werden muss
oder die er abgibt, wenn sich seine Temperatur um 1 K ändert. Für
die Wärmekapazität C gilt:
Die Wärmekapazität eines Kalorimeters lässt sich experimentell ermitteln, indem man z.B. eine bestimmte Menge kaltes Wasser in ein Kalorimeter füllt, eine bestimmte Menge warmes Wasser hinzugibt und die Mischungstemperatur bestimmt. In diesem Falle nimmt das Kalorimeter Wärme vom warmen Wasser auf. Die Energiebilanz lautet:
Beachte: Die experimentell ermittelte
Wärmekapazität eines Kalorimeters ist vom Füllstand abhängig.
Will man Messfehler möglichst klein halten, dann sollte man bei nachfolgenden
Experimenten bei dem Füllstand
des Kalorimeters arbeiten, für den man die Wärmekapazität
bestimmt hat. Man kann auch umgekehrt herangehen und sich zunächst
überlegen, bei welchem Füllstand man Messungen durchführen
will und für diesen Füllstand im Vorversuch die Wärmekapazität
bestimmen.
Bestimmen der
spezifischen Wärmekapazität eines festen Körpers
Bild 2 zeigt vereinfacht eine Experimentieranordnung, mit der man die spezifische
Wärmekapazität eines festen Körpers bestimmen kann. Wir
gehen davon aus, dass die Wärmekapazität C des Kalorimeters in
einem Vorversuch ermittelt wurde und somit bekannt ist.
Dann kann man folgendermaßen vorgehen: Das Kalorimeter wird mit einer
bestimmten Menge Wasser gefüllt. Die Temperatur des Wassers wird bestimmt.
Damit kennt man die Größen 
Nun wird ein fester Körper bestimmter Masse 
auf eine bestimmte Temperatur 
gebracht, indem man ihn z.B. in siedendes Wasser oder heißes Wasser
bestimmter Temperatur taucht. Mit dieser Temperatur wird er in das Wasser
im Kalorimeter gebracht. Dort kommt es zu einem Temperaturausgleich: Das
kalte Wasser und das Kalorimeter nehmen Wärme auf, der heiße
Körper gibt Wärme ab. Es stellt sich eine Mischungstemperatur
ein, die gemessen werden kann. Die Energiebilanz für diesen Vorgang
lautet:
Bestimmen der spezifischen Schmelzwärme
von Eis
Die Experimentieranordnung entspricht der in Bild 2 dargestellten. Statt
eines festen Körpers wird eine bestimmte Menge Eis in das Wasser
gegeben. Dieses Eis sollte eine Temperatur von 0 °C haben und gut
abgetrocknet sein, damit die Ergebnisse nicht verfälscht werden.
Eis von 0 °C erkennt man daran, dass es im Unterschied zu Eis mit
niedrigerer Temperatur durchscheinend ist.
Bringt man das Eis in das Wasser, dann schmilzt es. Dazu ist eine bestimmte
Schmelzwärme erforderlich.
Darüber hinaus erwärmt sich das zu Wasser gewordene Eis. Das
ursprünglich im Kalorimeter befindliche Wasser und auch das Kalorimeter
selbst kühlen sich ab. Damit ergibt sich folgende Energiebilanz:
Bestimmen des
Heizwertes eines Brennstoffes
Der spezifische Heizwert
eines Brennstoffs kann in einem sogenannten Verbrennungskalorimeter
bestimmt werden, die es in unterschiedlichen Bauformen gibt. Bild 3 zeigt
eine einfache Variante.
In dem Kalorimeter wird eine bestimmte Menge Brennstoff verbrannt. Durch
die Verbrennungswärme wird das Wasser erwärmt. Dann ergibt sich
folgende Energiebilanz:
Ermittelt und angegeben wird in der Regel der untere Heizwert, also der Wert, in den auch die Verdampfung des im Brennstoff enthaltenen Wassers eingeht. Das ist zugleich der Heizwert, der für die technische Nutzung entscheidend ist.
Für alle kalorimetrischen Messungen gilt:
Die Versuchsanordnung und die Versuchsdurchführung sollte so gewählt
werden, dass die entstehenden Temperaturdifferenzen möglichst groß
sind. Bei kleinen Temperaturdifferenzen können leicht Messfehler
von über 50 % entstehen.