Zero absoluto

Licenciatura em Física (UNESP, 2010)

Não existe um limite para a temperatura quando começamos a aquecer um material. Do estado sólido vai para o líquido, depois o gasoso, separa-se em moléculas, átomos, até chegar em uma nuvem de partículas eletrizadas, também chamada de plasma, encontrada no interior das estrelas, onde a temperatura é extremamente elevada. Contudo, há um limite para o resfriamento, é o zero absoluto! Situação em que a pressão é nula, a temperatura não pode diminuir mais e não se pode extrair mais nenhuma energia do material.

Zero absoluto é definido como a menor temperatura que um corpo pode estar no universo. É a temperatura na qual as moléculas do corpo tem energia cinética média nula (estão em repouso). Na teoria, seria o 0K (zero da escala Kelvin) ou -273,15º C, mas em laboratório, o máximo que se conseguiu foi de aproximadamente 0,000000000001K (ou 1 . 10-12 K).

Se o zero absoluto existisse no valor exato de 0, violaria o Princípio da Incerteza da mecânica quântica, que afirma a impossibilidade de medição, absolutamente precisa, da posição e velocidade simultaneamente. Isso aconteceria no caso do zero absoluto, pois seriam medidos a posição 0 e a velocidade 0 m/s, simultaneamente.

Outro exemplo de que o zero absoluto é inatingível pode ser notado no rendimento (η) de uma máquina de Carnot, dado pela equação:

η = 1 – Tfria /Tquente

onde, Tfria é a temperatura da fonte fria e Tquente a temperatura da fonte quente.

Se Tfria = 0K, ou seja, o zero absoluto, o rendimento será 100% (η = 1), situação em que a máquina térmica converte todo o calor em trabalho, algo impossível em um processo cíclico na termodinâmica.

A medida do zero absoluto foi obtida, em 1848, de uma proposta de Lord Kelvin (1824-1907) ao perceber que a pressão de um gás diminuía na razão de 1/273 do seu valor inicial, quando resfriado de 0ºC a -1ºC, com volume constante. Se no zero absoluto a pressão deve ser nula, pois sem energia cinética as moléculas estão em repouso, logo a temperatura também será, visto que ela registra o grau de agitação das moléculas.

É obtido o mesmo resultado ao manter a pressão constante e resfriar de 0ºC a -1ºC o corpo, onde o volume diminui na razão de 1/273 do valor inicial, chegando ao volume nulo no zero absoluto, o que é impossível.

Neste raciocínio, Kelvin concluiu, pela razão de 1/273 encontrada, que o zero absoluto seria a -273ºC, pois a razão está para a diferença de 1ºC.

São três os fenômenos notados em um corpo, quando próximo do zero absoluto:

supercondutividade: o corpo cria um campo magnético tão grande, que permite levitar um ímã;

superfluidez: devido a resistência mecânica ser quase nula, ele flui tão bem ao ponto de um líquido poder subir as paredes de um recipiente;

condensação de Bose-Einstein: o corpo vai se compactando, condensando, de uma forma que poderia se tornar um grande e único átomo. Observa-se este fenômeno nos processos de decaimento de temperaturas e mudanças de estado físico, em que o gás se torna líquido, o líquido se torna sólido, e, desta forma, o sólido tenderia a ter suas partículas cada vez mais unidas.

Referências bibliográficas:

HEWITT, Paul G., Física Conceitual – 9ª ed. – Bookman, 2008.

https://super.abril.com.br/mundo-estranho/o-que-e-zero-absoluto/
http://www2.if.usp.br/~eletivos/posters_2006/painel02.pdf
http://www.scielo.br/pdf/rbef/v28n1/a13v28n1.pdf

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