VAMOS COMEÇAR ESSA AULA COM A PERGUNTA:
O primeiro a formular essa pergunta foi o físico irlandês Robert Boyle, em 1665. Mas ele não avançou muito na resposta provavelmente devido às limitações científicas e tecnológicas da época. Porém o fato de Boyle ter formulado a questão já foi um grande passo.
Em 1702, com a melhoria na tecnologia dos termômetros, o médico Francês Guillaume Amontons , deu um grande passo na direção da resposta para esta questão. Ele teve uma ideia simples mas genial, acompanhe:
Nesta época eles já sabiam que quando uma substância recebe calor ele dilata (aumenta seu volume) e quando perde calor ela se contrai (diminui seu volume). Se você não lembra disso assista a aula: "Dilatação térmica".
Os termômetros mediam a temperatura com a dilatação ou contração de uma substância em seu interior: conforme a temperatura sobe o volume da substancia dentro do termômetro dilata e conforme ela desce o volume diminui. Isso mostrava a temperatura numa escala arbitrária. Lembre-se da aula "Medida de temperatura".
Amontons juntou estas duas ideias da seguinte forma: A menor temperatura possível seria a temperatura na qual a substância contida dentro do termômetro diminuiria seu volume até chegar ao volume zero.
Ele não conseguia resfriar tanto assim uma susbtância, mas utilizando cálculos matemáticos chegou a conclusão que o volume da substância dentro do termometro chegaria a zero na temperatura -240°C. Logo, esta seria a menor temperatura possível no universo.
Em 1979, o matemático suiço Heinrich Lambert, partindo da mesma idéia de Amontons, utilizou um termômetro mais preciso, fez os cálculos e chegou ao valor de -270°C.
Outros físicos e químicos como Pierre-Simon Laplace, Antoine Lavoisier e John Dalton também se debruçaram sobre este problema.
Porém quem deu o passo definitivo para responder essa pergunta foi o físico irlandês Willian Thomson, mais conhecido como Lorde Kelvin.
Assista ao vídeo abaixo:
Percebam que Lorde Kelvin:
Abordou essa questão do ponto de vista da teoria cinética (se você não lembra dela, assista a aula "Calor e temperatura").
Se a temperatura é uma medida da agitação (energia cinética) das partículas que compõe o corpo, então a menor temperatura possível obviamente, é o estado em que a agitação destas partículas é zero, ou seja, a energia é nula. Kelvin chamou esse ponto de ZERO ABSOLUTO.
A ideia é parecida com a de Amontons, inclusive ele chegaram a valores bem parecidos.
APROFUNDANDO NA IDEIA DE ZERO ABSOLUTO:
Na prática, Lorde Kelvin verificou experimentalmente que a pressão de um gás diminuía 1/273 do valor inicial, quando resfriado a volume constante de 0 °C para – 1 °C. Como a pressão do gás está relacionada com o choque de suas partículas com as paredes do recipiente, quando a pressão fosse nula, as moléculas estariam em repouso, a agitação térmica seria nula e a sua temperatura também. Conclui, então, que isso na temperatura de – 273,15 °C.
Desta forma, a temperatura – 273,15 °C é considerada a temperatura 0 K.
Esta é a menor temperatura possível. O ZERO ABSOLUTO.
Não pode haver temperatura menor que essa pois neste ponto as particulas já estariam paradas (com energia cinética nula).
Atingir o zero absoluto é fisicamente impossível. Estudaremos o motivo em aulas posteriores.
Kelvin atribuiu o valor zero (0 K) para este estado térmico teórico de ausência de energia cinética das partículas e o valor de 1 kelvin a uma extensão igual à do grau Celsius, de modo que o ponto de fusão do gelo corresponde a 273 K e o ponto de ebulição da água corresponde a 373 K (o nome e o símbolo grau kelvin foram abolidos em convenção científica internacional e substituídos simplesmente por kelvin; portanto, ao invés de 10 °K, escreve-se 10 K e lê-se: dez kelvin).
Para facilitar nossa vida na hora de fazer cálculos, vamos considerar o zero absoluto, ou 0 K = -273°C. Para convertermos valores nas escalas K e °C usaremos um cálculo muito simples:
Para converter K para °C basta subtrair 273.
Para converter °C para K pasta somar 273.
Lembrando que, como a escala K é uma escala absoluta, a menor temperatura possível é o 0 K, não podendo existir temperaturas K negativas.
Já a escala Celsius (°C) tem seu zero no ponto de congelamento da água, logo temperaturas menores que o ponto de congelamento da água podem ser negativas na escala Celsius.
O simulador abaixo apresenta um gás o qual você pode aquecer ou resfriar. Clique em intro, depois bombeie um pouco de gás na câmara e brinque com ele. Resfrie bastante, depois esquente bastente. Resfrie até próximo do zero absoluto (0 K). Observe o que acontece com as partículas do gás.
Se você está usando um celular, clique aqui para acessar o experimento.
1 - A temperatura de congelamento de soluções alcóolicas é muito baixa. O álcool puro congela a uma temperatura de aproximadamente 156 K. Qual o valor desta temperatura em °C ?
Resolução:
Basta pegarmos essa temperatura em K e subtrairmos 273:
156 - 273 = - 117 °C.
Ou seja, a temperatura de congelamento do álcool puro é de - 117 °C, ou 117°C negativos.
2 - A temperatura do corpo humano saudável é de aproximadamente 36 °C. Qual o valor dessa temperatura em K?
Resolução:
Basta somarmos 273 a esse valor:
36 + 273 = 309 K
Ou seja, a temperatura do corpo humano saudável é de aproximadamente 309 K.
AGORA É COM VOCÊ, FAÇA A ATIVIDADE:
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