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O milagre de Kilvin: por que esta unidade é tão importante para a ciência?
Temperatura é uma grandeza física que quantifica calor e frio e é usada para descrever a energia do movimento térmico da matéria. A temperatura geralmente é medida usando um termômetro. Esta unidade na verdade reflete a energia cinética média gerada pela vibração e colisão de átomos que compõem uma substância. A temperatura é expressa em três escalas principais em diferentes aplicações e campos científicos: Celsius (°C), Fahrenheit (°F) e Kilvin (K). Entre elas, o kielvin é a unidade mais comumente usada para fins científicos.
O kielvin é definido como uma das sete unidades básicas do Sistema Internacional de Unidades (SI), e seu design engenhoso o torna indispensável na pesquisa científica.
O zero de Kilvin, ou zero absoluto, marca o ponto mais baixo no termômetro termodinâmico, que é aproximadamente -273,15 °C. Nessa temperatura extrema, a energia térmica macroscópica da matéria não existe mais, mas, de acordo com a mecânica quântica, a matéria ainda possui energia de ponto zero. Isso se reflete na terceira lei da termodinâmica, que nos diz que, mesmo que cheguemos perto do zero absoluto, nunca conseguiremos alcançá-lo. Imagine que se um objeto atingisse essa temperatura, seria completamente impossível extrair energia térmica dele.
A influência da temperatura
Mudanças na temperatura têm impacto em uma variedade de processos físicos, incluindo, mas não se limitando a:
- Propriedades físicas da matéria: como fase, densidade, solubilidade, pressão de vapor e condutividade térmica.
- A taxa e a extensão de uma reação química.
- A quantidade e as propriedades da radiação térmica emitida pela superfície de um objeto.
- Os efeitos da temperatura do ar em todos os organismos vivos.
- A velocidade do som em um gás é proporcional à raiz quadrada da temperatura absoluta.
Classificação das escalas de temperatura
A definição de uma escala de temperatura requer dois parâmetros: o ponto zero escolhido e a magnitude do incremento de temperatura. A escala Celsius mais comum define o ponto de congelamento da água como 0 °C e o ponto de ebulição como 100 °C. A escala Fahrenheit é comumente usada nos Estados Unidos, com a água congelando a 32 °F e fervendo a 212 °F. Enquanto isso, a escala de Kilvin é uma escala mais importante na comunidade científica.
A escala Kilvin é uma escala absoluta com seu ponto zero no zero absoluto. Portanto, não importa que tipo de substância seja, sua energia térmica é um valor positivo em relação ao zero absoluto.
Zero Absoluto e Escala Absoluta
O significado do zero absoluto é que ele marca a cessação completa do movimento térmico na matéria. No entanto, isso não significa que não haja energia na matéria, pois os efeitos quânticos ainda existem. A escala Kilvin é, portanto, chamada de escala absoluta, cuja definição não depende de uma substância ou dispositivo de medição específico. Kilvin ainda a redefiniu por meio da constante de Boltzmann, o que permitiu que ela fosse bem refletida na termodinâmica macroscópica.
Reescrevendo a escala de Kilvin
Com o avanço da ciência e da tecnologia, desde maio de 2019, a definição de Kirvin não se baseia mais na termodinâmica tradicional, mas se volta para a mecânica estatística. Com base nisso, a maneira de medir Kirvin se torna mais precisa e pode explicar melhor as propriedades de transporte de partículas microscópicas. Essa mudança não apenas melhorou a precisão da ciência básica, mas também desempenhou um papel fundamental em tecnologias modernas, como a computação quântica e a nanotecnologia.
Explore a aplicação de Kielvin na ciência
A aplicação de Kilvin em diferentes campos científicos é extensa e de longo alcance. Do estudo da termodinâmica e da dinâmica dos gases na física à medição de taxas de reação em reações químicas, o kielvin é uma unidade essencial para obter dados científicos precisos. Além disso, o Kielvin é um critério importante para avaliar o desempenho em testes de ciência de materiais e aplicações de engenharia.
A reescrita de Kilvin tornou viáveis muitos experimentos e medições anteriormente difíceis, concretizando seu potencial tanto na ciência básica quanto na aplicada.
À medida que a tecnologia se desenvolve, como a Kirwin continuará a desempenhar um papel em mais tecnologias emergentes?
