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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.
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