Hvad er et mikrokalorimeter?

Et mikrokalorimeter er en følsom termisk enhed, der bruges til at måle energien fra enkelte partikler eller fotoner, elementære lyspartikler.Det er en type kalorimeter mdash;Et instrument, der måler den varme, der frigives af fysiske eller kemiske reaktioner i en prøve.Mikrokalorimetre bruges i astrofysik til at måle energien fra røntgenfotoner fra rummet.En relateret enhed, det isotermiske mikrokalorimeter, bruges i biokemi og beslægtede felter til at detektere små energiforandringer ved lave temperaturer.

Loven om energi, der er bevaret, en grundlæggende fysiklov, siger, at energi ikke kan skabes eller ødelægges mdash;Det kan kun konverteres til andre former.Mikrokalorimetre fungerer baseret på dette princip.Energi fra en fysisk interaktion eller kemisk reaktion omdannes til varme inde i systemet, og ved at måle ændringen i varme, der resulterer, kan energien i interaktionen udledes.

Den type mikrokalorimeter, der bruges i astrofysik, består af tre hovedkomponenter:en absorber, en køleplade og en termistor.Når en røntgenfoton rammer absorberen, overføres energi til et elektron i et atom af absorbermaterialet.Denne energi får elektronet til at blive ophidset og mdash;Det hopper længere fra atomkernen og bryder fri for kredsløb.Andre elektroner i absorberen kan blive begejstrede for mindre grader ved denne løse elektron, der stiger til højere energi kredsløb omkring deres respektive atomer.

De ophidsede elektroner frigiver energi, når de vender tilbage til deres jordtilstand eller laveste energitilstand og mdash;En stabil bane omkring atomerne.Energien, der er frigivet i denne proces, bevares og konverteres til varme, hvilket får temperaturen i absorberen til at stige med en lille mængde.En termometerindretning i absorberen kendt som en termistor detekterer denne temperaturændring.Varmen strømmer derefter ind i kølepladen, hvilket får absorberen til at vende tilbage til sin oprindelige temperatur.Ved at måle temperaturændringen forårsaget af virkningen af røntgenstråle kan den oprindelige energi fra røntgenstråle beregnes.

Den isotermiske mikrokalorimeter fungerer på meget samme måde, selvom den bruges til at måle kemiske interaktioner snarere end fotonenergi.Denne enhed består af en køleplade og et lukket reaktionsbeholder, hvor den kemiske reaktion finder sted.Opvarmning sikrer, at reaktionsbeholderen holdes ved en konstant temperatur, hvilket muliggør nøjagtige målinger.Når den kemiske reaktion opstår, frigøres en vis mængde energi enten som varme eller absorberes, hvilket forårsager en ændring i temperaturen, der er registreret af mikrokalorimeteret.Isotermiske mikrokalorimetre har anvendelser inden for fysisk kemi, biokemi og den farmaceutiske industri, fordi de giver en meget følsom måde at analysere varmestrømmen i en reaktion.

Mikrokalorimetre skal fungere ved lave temperaturer, så det minut, der ændres i varme, kan registrere sig.For eksempel opretholdes de enheder, der bruges i astrofysik, tæt på absolut nul.Ved denne temperatur kan selv den lille ændring i termisk energi forårsaget af virkningen af en enkelt foton påvises.Isotermiske mikrokalorimetre er ikke så ekstreme, men opretholdes stadig ved meget lavere temperaturer end makroskala-kalorimetre.