Was ist ein Mikrokalorimeter?

Ein Mikrokalorimeter ist ein empfindliches thermisches Gerät, mit dem die Energie von Einzelpartikeln oder Photonen, Elementarpartikel des Lichts, verwendet wird.Es ist eine Art Kalorimeter mdash;Ein Instrument, das die Wärme misst, die durch physikalische oder chemische Reaktionen in einer Probe freigesetzt wird.Mikrokalorimeter werden in der Astrophysik verwendet, um die Energie von Röntgenphotonen aus dem Raum zu messen.Ein verwandtes Gerät, das isotherme Mikrokalorimeter, wird in Biochemie und verwandten Feldern verwendet, um winzige Energieveränderungen bei niedrigen Temperaturen zu erkennen.

Das Gesetz der Energieerhaltung, ein grundlegendes Gesetz der Physik, gibt an, dass Energie nicht geschaffen oder zerstört werden kann.Es kann nur in andere Formen umgewandelt werden.Mikrokalorimeter arbeiten auf diesem Prinzip.Energie durch eine physikalische Wechselwirkung oder chemische Reaktion wird in die Wärme innerhalb des Systems transformiert, und durch Messung der Wärmeänderung, die entsteht, kann die Energie der Wechselwirkung abgeleitet werden.

Die Art des in der Astrophysik verwendeten Mikrokalorimeter besteht aus drei Hauptkomponenten:ein Absorber, ein Kühlkörper und ein Thermistor.Wenn ein Röntgenphoton auf den Absorber trifft, wird Energie in ein Atom des Absorbermaterials auf ein Elektron übertragen.Diese Energie führt dazu, dass das Elektron begeistert wird und Mdash;Es springt weiter vom Atomkern und bricht frei von der Umlaufbahn.Andere Elektronen im Absorber können durch dieses lose Elektron auf weniger Grad angeregt werden und zu höheren Energiebahnen um ihre jeweiligen Atome steigen.eine stabile Umlaufbahn um die Atome.Die in diesem Prozess freigesetzte Energie wird konserviert und in Wärme umgewandelt, wodurch die Temperatur im Absorber um eine winzige Menge ansteigt.Ein Thermometergerät in dem als Thermist bekannten Absorber erkennt diese Temperaturänderung.Die Wärme fließt dann in den Kühlkörper, wodurch der Absorber zu seiner ursprünglichen Temperatur zurückkehrt.Durch Messung der Temperaturänderung, die durch den Einfluss des Röntgens verursacht wird, kann die ursprüngliche Energie des Röntgens berechnet werden.

Der isotherme Mikrokalorimeter funktioniert auf die gleiche Weise, obwohl er eher zur Messung chemischer Wechselwirkungen als Photon verwendet wirdEnergie.Dieses Gerät besteht aus einem Kühlkörper und einem geschlossenen Reaktionsgefäß, bei dem die chemische Reaktion stattfindet.Der Kühlkörper sorgt dafür, dass das Reaktionsgefäß bei einer konstanten Temperatur gehalten wird und genaue Messungen ermöglicht.Wenn die chemische Reaktion auftritt, wird eine bestimmte Energiemenge entweder als Wärme freigesetzt oder absorbiert, was zu einer Temperaturänderung führt, die vom Mikrokalorimeter registriert wird.Isotherme Mikrokalorimeter haben Anwendungen in der physikalischen Chemie, in der Biochemie und in der Pharmaindustrie, da sie eine hochempfindliche Möglichkeit bieten, den Wärmefluss in einer Reaktion zu analysieren.Beispielsweise werden die in der Astrophysik verwendeten Geräte nahezu absolut Null gehalten.Bei dieser Temperatur kann sogar die durch den Einfluss eines einzelnen Photon verursachte kleine Veränderung der thermischen Energie festgestellt werden.Isothermische Mikrokalorimeter sind nicht so extrem, aber immer noch bei viel niedrigeren Temperaturen als Makroskalorimeter.