O que é um microcalorímetro?
Um microcalorímetro é um dispositivo térmico sensível usado para medir a energia de partículas únicas ou fótons, partículas elementares de luz. É um tipo de calorímetro - um instrumento que mede o calor liberado por reações físicas ou químicas em uma amostra. Os microcalorímetro são usados na astrofísica para medir a energia dos fótons de raios-X do espaço. Um dispositivo relacionado, o microcalorímetro isotérmico, é usado na bioquímica e nos campos relacionados para detectar pequenas mudanças de energia em baixas temperaturas. Os microcaloríneos trabalham com base nesse princípio. A energia de uma interação física ou reação química é transformada para aquecer dentro do sistema e, medindo a mudança no calor que resulta, a energia da interação pode ser deduzida.
O tipo de microcalorímetro usado na astrofísica consiste em três MAIn componentes: um absorvedor, um dissipador de calor e um termistor. Quando um fóton de raio-x atinge o absorvedor, a energia é transferida para um elétron em um átomo do material do absorvedor. Essa energia faz com que o elétron fique excitado - ele salta ainda mais do núcleo atômico e se liberta da órbita. Outros elétrons no absorvedor podem ficar excitados em menores graus por esse elétron solto, subindo para órbitas de energia mais altas em torno de seus respectivos átomos.
Os elétrons excitados liberam energia quando retornam ao seu estado fundamental, ou menor estado de energia - uma órbita estável ao redor dos átomos. A energia liberada nesse processo é conservada e convertida em calor, fazendo com que a temperatura no absorvedor aumente por uma pequena quantidade. Um dispositivo termômetro no absorvedor conhecido como termistor detecta essa mudança de temperatura. O calor então flui para o dissipador de calor, fazendo com que o absorvedor retornesua temperatura original. Ao medir a mudança de temperatura causada pelo impacto do raio-x, a energia original do raio-x pode ser calculada.
O microcalorímetro isotérmico funciona da mesma maneira, embora seja usado para medir interações químicas em vez de energia de fótons. Este dispositivo consiste em um dissipador de calor e um vaso de reação fechado no qual ocorre a reação química. O dissipador de calor garante que o vaso de reação seja mantido a uma temperatura constante, permitindo medições exatas. Quando a reação química ocorre, uma certa quantidade de energia é liberada como calor ou absorvida, causando uma mudança de temperatura registrada pelo microcalorímetro. Os microcalorímetro isotérmicos têm aplicações em química física, bioquímica e indústria farmacêutica porque fornecem uma maneira altamente sensível de analisar o fluxo de calor em uma reação.
Os microcalorímetro devem operar em baixas temperaturas para que o minuto mude no calor queEles medem podem se registrar. Por exemplo, os dispositivos usados na astrofísica são mantidos perto de zero absoluto. Nesta temperatura, mesmo a pequena alteração na energia térmica causada pelo impacto de um único fóton pode ser detectado. Os microcalorímetro isotérmicos não são tão extremos, mas ainda são mantidos em temperaturas muito mais baixas que os calorímetros de escala macro.