Co to jest mikrokalorymetr?

Mikrokalorymetr jest wrażliwym urządzeniem termicznym używanym do pomiaru energii pojedynczych cząstek lub fotonów, elementarnych cząstek światła. Jest to rodzaj kalorymetru - instrument, który mierzy ciepło uwalniane przez reakcje fizyczne lub chemiczne w próbce. Mikrokalorimetry są stosowane w astrofizyce do pomiaru energii fotonów rentgenowskich z przestrzeni. Powiązane urządzenie, izotermiczny mikrokalorymetr, jest wykorzystywany w biochemii i powiązanych polach do wykrywania niewielkich zmian energii w niskich temperaturach.

Prawo ochrony energii, podstawowe prawo fizyki, stwierdza, że ​​energii nie można tworzyć ani zniszczyć - można ją przekształcić tylko w inne formy. Mikrokalorymetry działają na podstawie tej zasady. Energia z fizycznej interakcji lub reakcji chemicznej jest przekształcana w ciepło wewnątrz układu, a pomiar zmiany ciepła, który wynika, można wywnioskować energię interakcji.

Rodzaj mikrokalorymetru stosowanego w astrofizyce składa się z trzech MAIN Składniki: absorbator, radiator i termistor. Gdy foton rentgenowski uderza w absorbera, energia jest przenoszona do elektronu w atomie materiału absorbera. Ta energia powoduje, że elektron jest podekscytowany - skacze dalej od jądra atomowego i odrywa się od orbity. Inne elektrony w pochłanianiu mogą być podekscytowani mniejszymi stopniami tym luźnym elektronem, wznosząc się na orbity energetyczne wokół ich odpowiednich atomów.

Podekscytowane elektrony uwalniają energię, gdy wracają do stanu podstawowego lub najniższego stanu energii - stabilnej orbity wokół atomów. Energia uwalniana w tym procesie jest zachowana i przekształcana w ciepło, powodując wzrost temperatury w absorbera o niewielką ilość. Urządzenie termometru w absorbera znane jako termistor wykrywa tę zmianę temperatury. Ciepło następnie przepływa do radiatora, powodując powrót absorberajego oryginalna temperatura. Mierząc zmianę temperatury spowodowaną wpływem promieniowania rentgenowskiego można obliczyć pierwotną energię rentgenowskiej.

Izotermiczny mikrokalorymetr działa w ten sam sposób, chociaż jest używany do pomiaru interakcji chemicznych, a nie energii fotonu. To urządzenie składa się z radiatora i zamkniętego naczynia reakcyjnego, w którym zachodzi reakcja chemiczna. Włóknik zapewnia, że ​​naczynie reakcyjne jest przechowywane w stałej temperaturze, umożliwiając dokładne pomiary. Gdy zachodzi reakcja chemiczna, pewna ilość energii jest uwalniana jako ciepło, albo wchłaniana, powodując zmianę temperatury zarejestrowanej przez mikrokalorymetr. Izotermiczne mikrokalorymetry mają zastosowanie w chemii fizycznej, biochemii i przemysłu farmaceutycznym, ponieważ zapewniają bardzo wrażliwy sposób analizy przepływu ciepła w reakcji.

Mikrokalorymetry muszą działać w niskich temperaturach, aby to minuty w cieple toMierzy mogą się zarejestrować. Na przykład urządzenia stosowane w astrofizyce są utrzymywane w pobliżu bezwzględnego zera. W tej temperaturze można wykryć nawet niewielką zmianę energii cieplnej spowodowaną wpływem pojedynczego fotonu. Izotermiczne mikrokalorymetry nie są tak ekstremalne, ale nadal są utrzymywane w znacznie niższych temperaturach niż kalorymetry w skali makro.