Cos'è un microcalorimetro?
Un microcalorimetro è un dispositivo termico sensibile utilizzato per misurare l'energia di singole particelle o fotoni, particelle elementari di luce.È un tipo di calorimetro e mdash;Uno strumento che misura il calore rilasciato da reazioni fisiche o chimiche in un campione.I microcalorimetri sono usati in astrofisica per misurare l'energia dei fotoni a raggi X dallo spazio.Un dispositivo correlato, il microcalorimetro isotermico, viene utilizzato in biochimica e campi correlati per rilevare piccoli cambiamenti di energia a basse temperature.
La legge di conservazione dell'energia, una legge di base della fisica, afferma che l'energia non può essere creata o distrutta e distrutta;Può essere convertito solo in altre forme.I microcalorimetri funzionano in base a questo principio.L'energia da un'interazione fisica o una reazione chimica viene trasformata in calore all'interno del sistema e misurando il cambiamento di calore che risulta, l'energia dell'interazione può essere dedotta.
Il tipo di microcalorimetro utilizzato nell'astrofisica è costituito da tre componenti principali:un assorbitore, un dissipatore di calore e un termistore.Quando un fotone a raggi X colpisce l'assorbitore, l'energia viene trasferita in un elettrone in un atomo del materiale assorbitore.Questa energia fa eccitare l'elettrone e mdash;Salta ulteriormente dal nucleo atomico e si libera di orbita.Altri elettroni nell'assorbitore possono essere eccitati a gradi minori da questo elettrone sciolto, salendo a orbite di energia più elevate attorno ai rispettivi atomi.
Gli elettroni eccitati rilasciano energia quando tornano allo stato fondamentale, o più basso stato energetico mdash;un'orbita stabile attorno agli atomi.L'energia rilasciata in questo processo viene conservata e convertita in calore, causando un aumento della temperatura nell'assorbitore di una piccola quantità.Un dispositivo termometro nell'assorbitore noto come termistore rileva questo cambiamento di temperatura.Il calore scorre quindi nel dissipatore di calore, causando il ritorno dell'assorbitore alla temperatura originale.Misurando la variazione di temperatura causata dall'impatto della radiografia, l'energia originale del raggio X può essere calcolata.
Il microcalorimetro isotermico funziona più allo stesso modo, sebbene sia utilizzato per misurare le interazioni chimiche piuttosto che il fotoneenergia.Questo dispositivo è costituito da un dissipatore di calore e un recipiente di reazione chiuso in cui avviene la reazione chimica.Il dissipatore di calore garantisce che il recipiente di reazione sia mantenuto a una temperatura costante, consentendo misurazioni esatte.Quando si verifica la reazione chimica, una certa quantità di energia viene rilasciata come calore o assorbita, causando una variazione di temperatura registrata dal microcalorimetro.I microcalorimetri isotermici hanno applicazioni nella chimica fisica, nella biochimica e nell'industria farmaceutica perché forniscono un modo altamente sensibile per analizzare il flusso di calore in una reazione.
I microcalorimetri devono funzionare a basse temperature in modo che i minimi cambiamenti nel calore che misurano possano registrarsi.Ad esempio, i dispositivi utilizzati in astrofisica vengono mantenuti vicino allo zero assoluto.A questa temperatura, anche la piccola variazione dell'energia termica causata dall'impatto di un singolo fotone.I microcalorimetri isotermici non sono così estremi, ma sono ancora mantenuti a temperature molto più basse rispetto ai calorimetri su scala macro.