Co to jest mikrokalorymetr?

Mikrokalorymetr jest wrażliwym urządzeniem termicznym używanym do pomiaru energii pojedynczych cząstek lub fotonów, elementarnych cząstek światła.Jest to rodzaj kalorymetru mdash;przyrząd, 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 zachowania energii, podstawowe prawo fizyki, stwierdza, że energii nie może być tworzona ani zniszczona i mdash;Można to 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 głównych składników:Absorbnik, radiator i termistor.Gdy foton rentgenowski uderza w absorbera, energia jest przenoszona do elektronu w atomie materiału absorbera.Ta energia powoduje, że elektron jest wzbudzony mdash;Wskakuje dalej od jądra atomowego i uwolnia się od orbity.Inne elektrony w absorbera mogą być wzbudzone w mniejszym stopniu przez ten luźny elektron, wznosząc się na orbity o wyższych energii wokół ich odpowiednich atomów.

Elektrony wzbudzone uwalniają energię, gdy wracają do stanu podstawowego lub najniższego stanu energii i mdash;stabilna orbita 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.Następnie ciepło przepływa do radiatora, powodując, że absorbator powraca do pierwotnej temperatury.Mierzenie zmiany temperatury spowodowanej wpływem promieniowania rentgenowskiego można obliczyć pierwotną energię promieniowania rentgenowskiego.

Izotermiczny mikrokalorymetr działa w ten sam sposób, chociaż jest używany do pomiaru interakcji chemicznych, a nie fotonówenergia.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 farmaceutycznego, ponieważ zapewniają one bardzo wrażliwy sposób analizy przepływu ciepła w reakcji.

Mikrokalorimetry muszą działać w niskich temperaturach, aby minuty w cieple, które mierzy, 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.