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Zero absoluto – A menor temperatura possível

Aqueles que estudaram um pouco de física avançada devem se lembrar que por volta de -459,67  Fahrenheit fica o ponto chamado de zero absoluto, mas para o restante, é provavelmente um pouco confuso. Mudar para Celsius não vai ajudar, o zero absoluto é de menos 273,15 graus nessa escala.

Escala Zero absoluto Ponto de fusão da água Ponto de ebulição da água
Kelvin 0 K 273,15 K 373,15 K
Rankine 0 Ra 491,67 Ra 671,67 Ra
Celsius -273,15ºC 0ºC 100ºC
Fahrenheit -459,67ºF 32ºF 212ºF
Réaumur -218,52ºRé 0ºRé 80ºRé

Veja também conversão de unidades de temperatura

temperaturas-zero-absoluto_thmwdeA escala Fahrenheit usado nos Estados Unidos remonta ao início dos anos 1700, uma época em que os cientistas perceberam que precisavam de uma maneira de medir o calor e o frio, nessa época estavam inventando termômetros então o físico alemão Gabriel Daniel Fahrenheit é creditado como o primeiro a utilizar o mercúrio em um termômetro, e criou uma escala de medida para ir de brinde junto com sua invenção.

Embora a escala Fahrenheit de temperatura tornou-se amplamente usada, outros cientistas da época, experimentaram com suas próprias escalas. Em 1742, astrônomo sueco Anders Celsius usou a 100 graus, ou centígrados, escala que definia o ponto de congelamento da água como zero e o ponto de ebulição a 100. (Em 1948, a escala Celsius foi rebatizado de escala Celsius pela Nona Conferência Geral de Pesos e Medidas, em homenagem ao seu inventor.) Com a sua semelhança com o sistema métrico base 10, a escala Celsius tornou-se o padrão na maior parte do mundo .

No início do século 19, cientistas que estudaram o comportamento dos gases haviam determinado que a temperatura mais baixa possível para qualquer coisa no universo era menos 273,15 Celsius. E em 1848, William Thomson (que mais tarde seria nomeado barão com o título Lord Kelvin) sugeriu que seria conveniente chamar que a temperatura  de zero absoluto e criar uma nova escala começando lá que eliminaria todas as temperaturas negativas. A idéia pegou, pelo menos na ciência, e que a escala absoluta de temperatura é agora conhecido como a escala Kelvin.

Em temperaturas próximas a 0 Kelvin, praticamente todo movimento molecular cessa, quando a entropia = S, \Delta S = 0 para qualquer processo adiabático, substâncias puras podem formar (idealmente) cristais perfeitos conforme T tende a 0. A terceira lei da termodinâmica de Max Planck afirma que a entropia de um cristal perfeito desaparece no zero absoluto. O teorema original do calor de Nernst faz a mesma controversa afirmação que a variação na entropia para qualquer processo isotérmico tende a 0 conforme T também tende a 0:

\lim_{T \to 0}\Delta S=0

O que acontece no zero absoluto?

Zero absoluto e supercondutividade

Zero absoluto e supercondutividade

No zero absoluto o movimento das partículas cessam completamente, e em alguns elementos ocorrem a supercondutividade (resistência elétrica zero), e a superfluidez (Viscosidade zero). Outras coisas curiosas que acontecem no zero absoluto, cientistas relataram que as moléculas de um gás ultra-frio podem reagir quimicamente á distâncias de até 100 vezes maior do que eles podem em temperatura ambiente.

Em experiências à temperatura ambiente, as reações químicas tendem a abrandar à medida que a temperatura diminui. Mas os cientistas descobriram que as moléculas em temperaturas próximas do zero absoluto, apenas algumas centenas de bilionésimos de grau acima do zero absoluto (-273,15 ° C ou 0 kelvin) ainda pode trocar átomos, formando novas ligações químicas no processo, graças a efeitos quânticos estranhos que estendem seu alcance a baixas temperaturas.

Além do zero absoluto

Em 1994, o NIST alcançou uma temperatura fria recorde de 700 NK (bilionésimos de Kelvin). Em 2003, pesquisadores do MIT atingiram um novo recorde de 450 pK (0,45 NK).

Em 2013 Físicos da Ludwig-Maximilians University Munich e do Instituto Max Planck de Óptica Quântica em Garching criaram um gás atômico em laboratório que tem valores Kelvin negativos. Estas temperaturas absolutas negativas têm várias consequências aparentemente absurdas: embora os átomos do gás se atraem e dão origem a uma pressão negativa, o gás não entre em colapso – um comportamento que também é postulado para a energia escura na cosmologia. As implicações disso são que motores de calor supostamente impossíveis, tais como um motor de combustão com uma eficiência termodinâmica de mais de 100% podem ser criados com a ajuda de temperaturas absolutas negativas.

Como os sistemas de temperatura negativos podem absorver entropia enquanto liberam de energia, eles dão origem a vários efeitos contra-intuitivos tais como motores de Carnot com um rendimento superior a 100%. Através de uma análise de estabilidade para o equilíbrio termodinâmico é demonstrado que os estados de temperatura negativos necessariamente possuem pressão negativa e são, portanto, de interesse fundamental para a descrição de energia escura na cosmologia, onde é necessária pressão negativa para explicar a expansão acelerada do universo.

Referências

  1. BRAUN, S. et al. Negative Absolute Temperature for Motional Degrees of Freedom. Science, [s.l.], v. 339, n. 6115, p.52-55, 3 jan. 2013. American Association for the Advancement of Science (AAAS). http://dx.doi.org/10.1126/science.1227831.
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Escrito por Equipe de Redação Ciências e Tecnologia

14 Comentários

  1. Tigozeynacara

    Uma pedra de gelo a esta temperatura ia gelar a cerveja em milésimo de segundos.

    • Não! A troca de temperatura entre uma pedra de gelo no zero absoluto iria congelar a cerveja, o copo e parte da mesa.

  2. Execução Aurora!!!!!

  3. e felizmente agora chegamos até a uma temperatura menor do que zero kelvin. Uma nova ciencia para a explicação da matéri escura surge! Obrigado, universo!

  4. Meu professor de física me disse uma vez que se algum dia um cientista fazer algo chegar a temperatura de zero absoluto, o objeto iria explodir como se fosse uma bomba nuclear.

    Teria como me dizer se isso é verdade?????

  5. prevejo num futuro bombas zero absoluto

    • mas ai ela teóricamente iria explodir na hora que ela chegasse à 0 Kelvin, matando os cientistas que a fizeram.

  6. Meus domingos estão mais parados do que uma molécula a 0 Kelvin!

  7. Motor com eficiência de mais de 100% kkkkkkkkkkkkkk bem vindos ao universo marvel!!!

    • Vai ler um pouco vai “As negative temperature systems can absorb entropy while
      releasing energy, they give rise to several counterintuitive effects
      such as Carnot engines with an efficiency greater than
      unity [4]. Via a stability analysis for thermodynamic equilibrium
      we showed that negative temperature states of motional
      degrees of freedom necessarily possess negative pressure [9]
      and are thus of fundamental interest to the description of
      dark energy in cosmology, where negative pressure is required
      to account for the accelerating expansion of the universe” http://dx.doi.org/10.1126/science.1227831

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No zero absoluto o movimento das partículas cessa completamente, ocorre a supercondutividade (resistência elétrica zero), e a superfluidez Viscosidade zero