Enzo Rocha Fotografia: Temperatura Absoluta

Definição

Temperatura absoluta, também chamada temperatura termodinâmica, é a temperatura de um objeto em uma escala em que 0 é tomado como zero absoluto.

As escalas de temperatura absoluta: são Kelvin (unidades de graus Celsius) e Rankine (unidades de graus Fahrenheit).

O que é temperatura absoluta?

Temperatura absoluta é a temperatura medida usando uma escala começando em zero, com esse zero sendo a temperatura mais fria teoricamente atingível na natureza.

Existem duas escalas de temperatura absoluta comuns derivadas da escala de Fahrenheit e da escala Celsius, ou centígrada. A primeira é a escala de Rankine, e a segunda é a escala de Kelvin.

Embora ainda sejam usadas para propósitos comuns, as escalas Celsius e Fahrenheit, com seu valor inferior a zero, são menos desejáveis para fins científicos computacionais.

Graus zero Rankine é idêntico a zero graus Celsius.

Simplificando, a temperatura é um indicador de quão quente ou quão frio um objeto é em relação a outros objetos. Como as temperaturas variam de acordo com a estação e a situação, uma escala completa com gradações intermediárias foi desenvolvida para permitir comparações. São necessários dois pontos fixos para criar uma escala útil – um padrão global e invariável.

A escolha lógica sobre a qual basear as escalas de temperatura padrão foi a água, uma vez que é abundante, acessível, muda de estado a determinadas temperaturas e pode ser facilmente purificada. Como mencionado acima, no entanto, a temperatura se relaciona com o calor, e o calor se relaciona em um nível mais básico ao movimento atômico e molecular.

A energia pode ser absorvida por átomos e moléculas de várias maneiras, como por excitação de elétrons, a transferência de um elétron de um estado orbital inferior para um superior.

Em geral, no entanto, a energia é absorvida e aumenta o movimento de todo o átomo ou molécula. Essa energia – a energia que leva à “cinesia”, ou movimento – é energia cinética.

Existe uma equação que liga a energia cinética ao calor: E = 3/2 kT, onde E é a energia cinética média de um sistema, k é a constante de Boltzmann e T é a temperatura absoluta em graus Kelvin. Observe que, neste cálculo, se a temperatura absoluta for zero, a equação indica que não há energia ou movimento cinético.

Na verdade, ainda existe um tipo de energia a zero grau de temperatura absoluta, mesmo que não seja o que a equação física clássica acima indica.

O movimento restante é previsto pela mecânica quântica e está associado a um tipo específico de energia chamado “energia vibracional de ponto zero”. Quantitativamente, essa energia pode ser calculada matematicamente a partir da equação para um oscilador harmônico quântico e com o conhecimento do Princípio da Incerteza de Heisenberg.

Esse princípio da física determina que não é possível conhecer a posição e o momento de partículas muito minúsculas; portanto, se o local for conhecido, a partícula deve reter um minúsculo componente vibracional.

Como foi desenvolvida a escala de temperatura Celsius?

A escala de temperatura Celsius, que mede o calor ou o frio, de 0° para água congelada a 100° para água fervente, foi inventada por Anders Celsius, astrônomo sueco, em 1742.

Ele nomeou a escala de escala centígrada, e as pessoas ocasionalmente podem ainda vê as temperaturas listadas com este termo.

Em 1954, no entanto, os cientistas nomearam oficialmente a escala de temperatura em homenagem ao astrônomo para homenagear seu trabalho.

A escala original difere do uso moderno de Celsius. O criador definiu 0 como ponto de ebulição da água e 100 como ponto de congelamento. Isso foi revertido logo após sua morte para o uso mais moderno.

Uma das vantagens da escala moderna é que os cálculos de 0 a 100 são muito mais fáceis do que os cálculos de Fahrenheit. 0° C é equivalente a 32° F. O ponto de ebulição da água, abaixo de 1° da pressão atmosférica, é de 100° C ou 212° F. O método base 100 é simplesmente mais fácil de calcular do que a fórmula mais complexa de Fahrenheit.

A conversão de Celsius em Fahrenheit segue esta fórmula básica: F = (C x 1,8) + 32.

Nos tempos modernos, a maioria dos países usa medições em graus Celsius, não apenas para o clima, mas para medições de temperatura no cozimento e em outras aplicações.

Cientistas de todo o mundo usam uma combinação dessa escala e medições de Kelvin.

A escala Kelvin é baseada nos pontos fixos do zero absoluto, onde nada poderia ser mais frio, e toda a matéria solidifica, e no ponto triplo da água, onde gás, líquido e água sólida são igualmente usados.

Essa escala é particularmente útil para discutir temperaturas extremas.

Nos EUA, as pessoas normalmente usam Fahrenheit no uso diário, mas a maioria dos canais climáticos também dá a conversão para Celsius. Os livros de receitas fabricados nos EUA geralmente também proporcionam conversões, pois o cozimento seria completamente descartado, seguindo as instruções para uma escala de temperatura em um forno que usa a outra. Um bolo assado por uma hora a 325° C (625° F) seria um desastre.

Definição de Kelvin (temperatura absoluta)

A escala de temperatura usada em química, física e alguns cálculos de engenharia. Zero graus Kelvin (-273 centígrados) é a temperatura na qual todo movimento térmico cessa.

Para converter de Kelvin em centígrado, subtraia 273 da temperatura de Kelvin.

O que é Zero Absoluto

Quando uma pessoa sente algo tão quente ou frio, o que está sentindo é a energia que o objeto irradia por causa do movimento em uma escala molecular.

Por exemplo, as moléculas em uma panela com água fervente estão se movendo muito mais rápido do que as de um cubo de gelo ou de um copo de água fria.

Os físicos teorizam que existe uma temperatura na qual o movimento molecular para, ou é reduzido a um ponto tão baixo que é incapaz de transferir qualquer energia que possa ser considerada calor.

Essa temperatura teórica é conhecida como zero absoluto.

O zero absoluto é teórico porque nunca pode ser alcançado. Os cientistas, no entanto, chegaram muito perto de produzir essa temperatura em laboratórios.

A temperatura é realmente -459,67° F (-273,15° C).

Na escala Kelvin, seu valor é 0°.

Embora essa temperatura nunca tenha sido atingida em laboratório ou observada no espaço, os cientistas foram capazes de observar o comportamento e as propriedades ímpares da matéria que atinge as temperaturas próximas a ela.

Um dos resultados inesperados do resfriamento de matéria muito próximo do zero absoluto foi a descoberta de um novo estado da matéria.

Sólido, líquido e gás são os estados comuns, mas quando a matéria, particularmente um fluido como o hélio líquido, atinge essas temperaturas incrivelmente baixas, perde toda a sua viscosidade e se torna um superfluido.

Esses fluidos estranhos exibem a capacidade de fluir contra a gravidade e, até certo ponto, passar de seus recipientes para outros.

Outra fase da matéria, chamada condensado de Bose-Einstein, também pode ser produzida nessas temperaturas extremamente baixas. Os condensados de Bose-Einstein só podem ser vistos quando a temperatura de uma amostra chega a um bilionésimo de 1° do zero absoluto e, consequentemente, apenas os laboratórios mais especializados podem tentar estudar esse estado frágil da matéria.

Além disso, até agora, esses condensados foram feitos apenas a partir de quantidades microscopicamente pequenas de matéria, da ordem de cerca de 10.000 ou menos átomos.

Eles estão relacionados aos superfluidos e se comportam de maneiras um pouco semelhantes, mas geralmente são produzidos a partir da matéria em um estado gasoso.

As leis da física que governam os condensados de Bose-Einstein não são totalmente compreendidas e parecem desafiar as coisas que os cientistas sabem sobre a natureza da matéria.

A melhor maneira de entender esses condensados sem um profundo conhecimento da física é entender que, quando a matéria chega a esse ponto, os átomos nela “colapsam” no estado de energia mais baixo possível e também começam a se comportar como se não existissem. partículas discretas mais longas, mas ondas. Os físicos têm muito mais estudos e pesquisas pela frente, a fim de entender completamente esse estado da matéria, o que foi observado pela primeira vez em 1995.