O que é zero absoluto em termodinâmica?

A temperatura do ambiente é e tem sido ao longo da história um elemento muito determinante para a sobrevivência dos diferentes seres vivos, e algo que marcou o futuro da evolução e, no caso dos seres humanos, a forma de compreender o mundo que nos rodeia. envolve.

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

Mas... o que é zero absoluto exatamente? Ao longo deste artigo vamos verificar isso.

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Zero absoluto: a que se refere esse conceito?

Chamamos zero absoluto a menor unidade de temperatura considerada possível, -273,15ºC

, situação em que as próprias partículas subatômicas se encontrariam sem nenhum tipo de energia e não seriam capazes de realizar nenhum tipo de movimento.

Isso ocorre pelo fato de que o fato de diminuir a temperatura de um objeto implica em subtrair energia dele, com o que o zero absoluto implicaria na total ausência desta.

Esta é uma temperatura que não é encontrada na natureza e que é assumido no momento hipotético (na verdade, de acordo com o princípio de inatingibilidade de Nernst para alcançar este temperatura é impossível), embora a experimentação científica tenha conseguido atingir temperaturas muito semelhantes.

No entanto, a descrição anterior está ligada a uma percepção desse conceito do ponto de vista da mecânica clássica. Investigações posteriores que deixariam a mecânica clássica de lado para entrar na mecânica quântica propõem que, na realidade, neste temperatura, ainda existiria uma quantidade mínima de energia que manteria as partículas em movimento, a chamada energia de Zero pontos.

Embora antes das primeiras visões clássicas neste estado hipotético, a matéria devesse aparecer em estado sólido, pois não há movimento ou desaparecer quando igualando massa a energia e estando esta totalmente ausente, a mecânica quântica propõe que quando há energia, outros estados da assunto.

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 desenvolver esse conceito de a observação do comportamento dos gases e como eles variam seu volume proporcionalmente à queda de temperatura.

Com base nisso, esse pesquisador começou a calcular a que temperatura o volume de um gás seria zero, chegando à conclusão de que corresponderia à temperatura mencionada.

Com base nas leis da termodinâmica, o autor criou sua própria escala de temperatura, a escala Kelvin, colocando o ponto de origem nessa menor temperatura 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 das leis da termodinâmica da época (em 1836).

Existe algo além?

Lembrando que o zero absoluto é uma temperatura na qual não haveria movimento de partículas ou apenas haveria uma energia residual de zero absoluto, alguém se pergunta se algo poderia existir 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 negativas na escala Kelvin (ou seja, abaixo do zero absoluto). É um fenômeno que só poderia ocorrer no nível quântico.

Isso ocorreria no caso de alguns gases, que por meio do uso de lasers e experimentação conseguiram passar de temperaturas um pouco acima do zero absoluto a temperaturas negativas abaixo de zero. Essas temperaturas garantiriam que o gás em questão, preparado de forma a se contrair em alta velocidade, permanecesse estabilizado. Nesse sentido, é semelhante à energia escura, que segundo alguns especialistas impede que o universo desmorone sobre si mesmo.

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Para que isso pode ser usado?

Saber da existência do zero absoluto tem repercussões não só a nível teórico mas também a nível prático. E é que quando exposto a temperaturas próximas do zero absoluto, muitos materiais mudam muito suas propriedades.

Um exemplo disso é encontrado no fato de que, nessas temperaturas, as partículas subatômicas se condensam em um único grande átomo chamado condensado de Bose-Einstein. Da mesma forma, algumas propriedades especialmente interessantes devido à sua aplicação prática podem ser encontradas no superfluidez ou supercondutividade que certos elementos podem atingir nessas condições térmico.

Referências bibliográficas:

• Braun, S. e outros (2013). Átomos em temperatura absoluta negativa - os sistemas mais quentes do mundo. Ciência, 4. Sociedade Max Planck.
• Merali, Z. (2013). "O gás quântico vai abaixo do zero absoluto". Natureza. doi: 10.1038/nature.2013.12146.