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O Mistério da Temperatura: O que é Zero Absoluto? Você sabia?
Temperatura é uma grandeza física que expressa quantitativamente quão quente ou frio um objeto está. Geralmente usamos termômetros para medir, e a escala do termômetro depende de diferentes padrões de temperatura. Esses padrões contêm vários pontos de referência e materiais para medição de calor. As escalas de temperatura mais comumente usadas são Celsius (°C), Fahrenheit (°F) e Kelvin (K). Entre elas, Kelvin é usado principalmente em pesquisas científicas e é considerado uma das sete unidades básicas do Sistema Internacional de Unidades. O zero absoluto nesta escala, zero Kelvin ou -273,15 °C, é o ponto mais baixo na escala de temperatura termodinâmica. Experimentalmente, embora o zero absoluto não possa ser alcançado, podemos chegar muito perto dele.
No zero absoluto, não há mais energia térmica macroscópica na matéria, mas a energia do ponto zero da mecânica quântica ainda existe.
A Importância da Temperatura
A temperatura tem uma ampla gama de efeitos, envolvendo as propriedades físicas da matéria, como mudança de fase (sólido, líquido, gasoso ou plasma), densidade, solubilidade, condutividade, etc. Além disso, a temperatura afeta diretamente a taxa e a extensão das reações químicas e tem até mesmo um efeito profundo no comportamento de todos os organismos vivos. Por exemplo, a velocidade do som em um gás é proporcional à raiz quadrada da temperatura absoluta.
Evolução das escalas de temperatura
Uma escala de temperatura requer que dois valores sejam definidos: o ponto zero escolhido e o tamanho do incremento de temperatura. A escala Celsius (°C) é a escala de medição de temperatura mais utilizada no mundo, com seu ponto zero determinado pelos pontos de congelamento e ebulição da água; enquanto a escala Fahrenheit é amplamente utilizada nos Estados Unidos, com um ponto de congelamento de 32 ° F e um ponto de ebulição de 212 °F. O ponto zero da escala Kelvin é o zero absoluto.
Definição de Zero Absoluto
O zero absoluto é um conceito-chave na física, marcando o estado da matéria quando a energia térmica é completamente removida. Nesse estado, as partículas da matéria cessarão seu movimento macroscópico e, de acordo com a terceira lei da termodinâmica, a energia termodinâmica líquida é zero. As pessoas não conseguem resfriar objetos a essa temperatura e só podem explorar seus limites o mais próximo possível.
De um ponto de vista experimental, o zero absoluto só pode ser aproximado, mas não alcançado. A menor temperatura experimental até o momento é 38 pK.
Padrões de temperatura absoluta e relativa
Entre os padrões de temperatura, a escala Kelvin é considerada uma escala absoluta porque não depende de nenhuma substância ou instrumento específico para medir calor. Desde 2019, a definição de Kelvin é baseada em fenômenos microscópicos e está relacionada à constante de Boltzmann, que permite medições de temperatura mais precisas.
Relação entre mecânica estatística e termodinâmica
A atual escala Kelvin não é mais claramente definida como um padrão de referência, mas depende da determinação exata da constante de Boltzmann. Historicamente, a definição de Kelvin era baseada nas propriedades termodinâmicas da máquina de Carnot, em vez de depender de uma descrição microscópica do movimento. Isso nos permite criar um padrão mais universal para descrever a temperatura.
Métodos de medição clássicos e modernos
A temperatura historicamente tem sido medida usando padrões empíricos, como o ponto triplo da água (definido como 273,16 K), mas tem se baseado cada vez mais em estatísticas e na compreensão da dinâmica microscópica. Isso mostra que a temperatura não é apenas uma medida macroscópica, mas também o resultado do comportamento microscópico e quântico.
Desenvolvimento futuro
Com mais pesquisas em termodinâmica e física estatística, os cientistas podem buscar medições mais precisas. Por exemplo, usar o volume molar de um gás ou o espectro de radiação do corpo negro para medir a temperatura é uma direção promissora para pesquisas futuras.
Por meio da nossa compreensão do comportamento quântico, poderemos ter uma compreensão mais profunda e uma medição mais precisa do zero absoluto no futuro.
Ao explorar esses fenômenos científicos fascinantes, não podemos deixar de perguntar: Existem leis naturais e mistérios do universo ocultos nesse limite de temperatura inatingível que ainda não entendemos?
