Hva er en Microcalorimeter?

January 11  by Eliza

En microcalorimeter er et følsomt termisk enhet som brukes til å måle energien av enkeltpartikler eller fotoner, elementære partikler av lys. Det er en type kalorimeteret - et instrument som måler varmen som frigjøres ved hjelp av fysiske eller kjemiske reaksjoner i en prøve. Microcalorimeters brukes i astro å måle energien av røntgenfotoner fra rommet. Et beslektet enhet, isotermisk microcalorimeter, brukes i biokjemi og relaterte felt for å detektere ørsmå energi endringer ved lave temperaturer.

Loven om bevaring av energi, en grunnleggende lov i fysikk, sier at energi ikke kan skapes eller ødelegges - det kan bare omdannes til andre former. Microcalorimeters arbeid basert på dette prinsippet. Energi fra en fysisk interaksjon eller kjemisk reaksjon omdannes til varme inne i systemet, og ved å måle endringen i varmen som oppstår, kan energien av interaksjonen utledes.

Den type microcalorimeter brukt i astrofysikk består av tre hovedkomponenter: en absorber, en kjøleribbe, og en termistor. Når en X-ray foto treffer absorbatoren, blir energi overført til et elektron i et atom av absorberende materiale. Denne energien fører til at elektronet til å bli opphisset - det hopper videre fra atomkjernen og bryter fri for bane. Andre elektroner i absorber kan bli glade for å mindre grad av denne løs elektron, økende til høyere energi baner rundt sine respektive atomer.

De eksiterte elektroner frigjøre energi når de vender tilbake til sin grunntilstand, eller laveste energitilstand - en stabil bane rundt atomene. Den energien som frigjøres i denne prosess er konservert og omdannes til varme, slik at temperaturen i absorbatoren å stige med en liten mengde. Et termometer anordning i absorbatoren er kjent som en termistor detekterer dette temperaturendringer. Den varme strømmer deretter inn i varmeleder, slik at absorberen for å gå tilbake til sin opprinnelige temperatur. Ved å måle temperaturendringer forårsaket av virkningen av X-ray, kan den opprinnelige energien i X-ray beregnes.

Den isotermiske microcalorimeter virker mye på samme måte, selv om det benyttes for å måle kjemiske interaksjoner i stedet for fotonenergi. Denne enheten består av en varmeleder, og en lukket reaksjonsbeholder i hvilken den kjemiske reaksjon finner sted. Kjøleribben sikrer at reaksjonsbeholderen ble holdt ved en konstant temperatur, slik at for nøyaktige målinger. Når den kjemiske reaksjon finner sted, er en viss mengde energi enten frigjøres som varme eller absorbert, forårsaker en endring i temperatur som registreres av microcalorimeter. Isotermiske microcalorimeters har anvendelser i fysikalsk kjemi, biokjemi og den farmasøytiske industri fordi de gir en meget følsom måte å analysere varmestrøm i en reaksjon.

Microcalorimeters må operere ved lave temperaturer slik at de ørsmå endringer i varmen at de måler kan registrere. For eksempel er det utstyret som astrofysikk holdt nær det absolutte nullpunkt. Ved denne temperaturen, kan selv små endringer i termisk energi som skyldes virkningen av en enkelt foton påvises. Isothermal microcalorimeters er ikke så ekstrem, men er fortsatt opprettholdt ved mye lavere temperaturer enn makro-skala kalorimeteret.