¿Qué es un microcalorímetro?
Un microcalorímetro es un dispositivo térmico sensible utilizado para medir la energía de partículas o fotones individuales, partículas elementales de luz. Es un tipo de calorímetro, un instrumento que mide el calor liberado por las reacciones físicas o químicas en una muestra. Los microcalorímetros se usan en astrofísica para medir la energía de los fotones de rayos X desde el espacio. Un dispositivo relacionado, el microcalorímetro isotérmico, se usa en bioquímica y campos relacionados para detectar pequeños cambios de energía a bajas temperaturas.
La ley de conservación de la energía, una ley básica de física, afirma que la energía no puede crearse o destruirse solo en otras formas. Los microcalorímetros funcionan basados en este principio. La energía de una interacción física o reacción química se transforma para calentar dentro del sistema, y al medir el cambio en el calor que resulta, la energía de la interacción se puede deducir.
El tipo de microcalorímetro utilizado en la astrofísica consta de tres main componentes: un absorbedor, un disipador de calor y un termistor. Cuando un fotón de rayos X ataca al absorbedor, la energía se transfiere a un electrón en un átomo del material absorbente. Esta energía hace que el electrón se excita: salta más lejos del núcleo atómico y se libera de órbita. Este electrón otros electrones en el absorbedor puede entusiasmarse con los grados menores por este electrón suelto, aumentando a órbitas de mayor energía alrededor de sus respectivos átomos.
Los electrones excitados liberan energía cuando regresan a su estado fundamental, o el estado de energía más bajo, una órbita estable alrededor de los átomos. La energía liberada en este proceso se conserva y se convierte al calor, lo que hace que la temperatura en el absorbedor aumente en una pequeña cantidad. Un dispositivo de termómetro en el absorbedor conocido como termistor detecta este cambio de temperatura. El calor luego fluye hacia el disipador de calor, haciendo que el absorbedor regrese asu temperatura original. Al medir el cambio de temperatura causado por el impacto de la radiografía, se puede calcular la energía original de la radiografía.
.El microcalorímetro isotérmico funciona de la misma manera, aunque se usa para medir las interacciones químicas en lugar de la energía de los fotones. Este dispositivo consiste en un disipador de calor y un recipiente de reacción cerrado en el que tiene lugar la reacción química. El disipador de calor asegura que el recipiente de reacción se mantenga a una temperatura constante, lo que permite mediciones exactas. Cuando ocurre la reacción química, una cierta cantidad de energía se libera como calor o absorbida, lo que provoca un cambio de temperatura registrado por el microcalorímetro. Los microcalorímetros isotérmicos tienen aplicaciones en química física, bioquímica y la industria farmacéutica porque proporcionan una forma altamente sensible de analizar el flujo de calor en una reacción.
Los microcalorímetros deben funcionar a bajas temperaturas para que los minutos cambien en el calor queMiden que pueden registrarse. Por ejemplo, los dispositivos utilizados en la astrofísica se mantienen cerca de cero absoluto. A esta temperatura, se puede detectar el pequeño cambio en la energía térmica causada por el impacto de un solo fotón. Los microcalorímetros isotérmicos no son tan extremos, pero aún se mantienen a temperaturas mucho más bajas que los calorímetros a escala macro.