O que é zero absoluto na termodinâmica?

O que é zero absoluto na termodinâmica? 1

A temperatura do ambiente é e tem sido ao longo da história um elemento muito decisivo para a sobrevivência de diferentes seres vivos, e algo que marcou a evolução da evolução e, no caso do ser humano, a maneira de entender o mundo ao nosso redor.

De fato, grande parte da vida conhecida só pode viver dentro de limites térmicos, e até o movimento e a energia das partículas são alterados no nível molecular. Estipulou até a existência de temperaturas extremas que podem fazer com que o movimento de partículas subatômicas pare completamente, pois há uma total ausência de energia. É o caso do zero absoluto, um conceito desenvolvido por Kelvin e cuja pesquisa tem grande relevância científica.

Mas … o que é o zero absoluto exatamente? Ao longo deste artigo, vamos verificá-lo.

Zero absoluto: a que esse conceito se refere?

Chamamos de zero absoluto a unidade de temperatura mais baixa considerada possível, -273,15 ° C , uma situação em que as próprias partículas subatômicas estariam sem energia e não seriam capazes de executar nenhum tipo de movimento.

Isso ocorre devido ao fato de que o fato de baixar a temperatura de um objeto implica subtrair energia, de modo que o zero absoluto implicaria a total ausência disso.

É uma temperatura que não é encontrada na natureza e que é assumida pelo momento hipotético (de fato, de acordo com o princípio da indisponibilidade de Nernst atingir essa temperatura é impossível), embora a experimentação científica tenha conseguido atingir temperaturas muito semelhantes.

No entanto, a descrição acima está ligada a uma percepção desse conceito sob a perspectiva da mecânica clássica . Investigações posteriores que deixariam de lado a mecânica clássica para entrar no quantum sugerem que, na realidade, a essa temperatura ainda haveria uma quantidade mínima de energia que manteria as partículas em movimento, a chamada energia de ponto zero.

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Embora antes das primeiras visões clássicas nesse estado hipotético a matéria deva ser apresentada em estado sólido quando não há movimento ou desaparece quando a massa é equivalente à energia e a última está totalmente ausente, a mecânica quântica propõe que, quando houver energia, elas possam existir Outros estados da matéria.

As investigações de Kelvin

O nome e o conceito de zero absoluto vêm da pesquisa e teoria de William Thomson, mais conhecido como Lord Kelvin, que se propôs a elaborar esse conceito de observação do comportamento dos gases e como eles variam em volume proporcionalmente antes. a queda de temperatura.

Com base nisso, esse pesquisador começou a calcular em que temperatura o volume de um gás seria zero, concluindo que corresponderia ao mencionado.

O autor criou, com base nas leis da termodinâmica, sua própria escala de temperatura, a escala Kelvin, colocando o ponto de origem nessa temperatura mais baixa possível, o zero absoluto. Assim, uma temperatura de 0ºK corresponde ao zero absoluto, -273,15ºC. parte da criação pelo referido autor de uma escala de temperatura gerada a partir das leis da termodinâmica da época (em 1836).

Existe algo além?

Levando em conta que o zero absoluto é uma temperatura na qual não haveria movimento de partículas ou haveria apenas uma energia residual do zero absoluto, pode-se perguntar se poderia haver algo além dessa temperatura.

Embora a lógica possa nos fazer pensar que não, pesquisas realizadas por diferentes pesquisadores do Instituto Max Planck parecem indicar que de fato poderia haver uma temperatura ainda mais baixa e que corresponderia a temperaturas Kelvin negativas (é digamos abaixo do zero absoluto). É um fenômeno que só poderia ocorrer em um nível quântico.

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Isso aconteceria no caso de alguns gases, que através do uso de lasers e na experimentação podiam passar de um pouco acima do zero absoluto para temperaturas negativas abaixo de zero. Essas temperaturas garantiriam que o gás em questão, preparado de maneira a contrair em alta velocidade, permanecesse estabilizado. Nesse sentido, assemelha-se à energia escura, o que, segundo alguns especialistas, impede que o universo entre em colapso.

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O que isso pode fazer por você?

Conhecer a existência do zero absoluto tem repercussões não apenas no nível teórico, mas também no nível prático. E quando expostos a temperaturas próximas ao zero absoluto, muitos materiais alteram muito suas propriedades .

Um exemplo disso é encontrado no fato de que a essas temperaturas as partículas subatômicas se condensam em um único átomo grande chamado condensado de Bose-Einstein. Além disso, algumas propriedades especialmente interessantes para sua aplicação prática são encontradas na superfluidez ou supercondutividade que certos elementos podem atingir nessas condições térmicas.

Referências bibliográficas:

  • Braun, S. et al. (2013). Átomos em temperatura absoluta negativa – os sistemas mais quentes do mundo. Ciência, 4. Max Planck Society.
  • Merali, Z. (2013). “O gás quântico fica abaixo do zero absoluto”. Natureza doi: 10.1038 / nature.2013.12146.

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