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Curiosidades - Revista Horizon

Determinação do Zero Absoluto

Filipe Matos (Escola Secundária Vergílio Ferreira)Representante português nas olimpíadas internacionais da Física e da Astronomia

Pelo menos desde o século XVII que se pensa sobre a menor temperatura possível. Classicamente, pode-se definir a temperatura como uma medida da energia cinética das partículas. Assim, o zero absoluto atinge-se quando todas se encontram em repouso (Ec = 0) e, se as partículas estão em repouso, não colidem com as fronteiras do sistema. Por outras palavras, a pressão (P) é nula e o volume (V) que ocupam muito pequeno. Usando estas condições, pode-se determinar experimentalmente o zero absoluto.

Para se estudar P(T) deve-se manter o volume constante e para V(T) a pressão. Construindo um gráfico P-T ou V-T, nota-se que as grandezas são proporcionais e pode-se determinar o zero absoluto extrapolando para P=0 ou V=0. Seguem-se duas experiências que podem ser realizadas em casa utilizando material comum.

A: Pelo método P-T, pode-se usar uma lata de refrigerante virada ao contrário, contendo ar no seu interior, com o orifício isolado e entradas para o termómetro e uma palhinha, colocada em forma de U. Regista-se a altura inicial da água na palhinha, correspondente à pressão à temperatura ambiente. De seguida, diminui-se a temperatura colocando gelo em volta da lata, registando a altura da água. Depois aumenta-se lentamente T e procede-se à medição da altura da água, p.e. a cada 10 ºC. Através das alturas, calculam-se os valores da pressão, usando P2=P1+?gh, e faz-se um gráfico P-T extrapolando-o para determinar o zero absoluto.

B: No método V-T pode-se usar uma palhinha como recipiente, isolando um dos extremos com plasticina. Para variar a temperatura, usa-se água com gelo e água a ferver, para determinar o volume com T= 0 ºC e T=100 ºC. Ao aquecer, coloca-se a palhinha na vertical, com a plasticina no interior da panela com água em ebulição (100 ºC). A pressão mantém-se constante e igual à pressão atmosférica devido à extremidade aberta. O volume que o ar ocupa a esta temperatura é a diferença entre o da palhinha e o da plasticina. Ao passar para o recipiente com água e gelo, vira-se a palhinha 180º para ficar na vertical com a plasticina para cima. Como o ar quente é menos denso, desloca-se para o topo e fica preso. Com a diminuição de T, o volume de ar também diminui e a água é forçada a entrar para manter a pressão. Determina-se assim o volume a 0 ºC medindo o volume de água que entrou e fazendo a diferença com o anterior. Com estes valores constrói-se o gráfico V-T e determina-se o zero absoluto.

Usando o método B, fizeram-se 13 ensaios com palhinhas diferentes, obtendo os dados mostrados no gráfico.

Extrapolando a reta para V(T0)=0, obtém-se então T0 = -290±45 ºC, o que inclui o valor real (-273.15 ºC).

Ambos os métodos permitem chegar a resultados exactos, cabe ao leitor escolher o que mais lhe agrada. Boas experiências.