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Zero absoluto

Física

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O zero absoluto é a menor temperatura teórica à qual um corpo pode chegar. Trata-se do limite inferior da agitação térmica e correspondente a um estado físico em que toda a energia cinética e potencial de um sistema é igual a zero. De acordo com a terceira lei da Termodinâmica, se algum sistema atinge a temperatura do zero absoluto, sua entropia torna-se nula.

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Definição

Na escala termodinâmica de temperatura, graduada em kelvins, o zero absoluto equivale a 0K, -237,15 ºC, ou, ainda, -459,67 ºF. Teoricamente, se algum sistema termodinâmico encontra-se nessa temperatura, todas as suas moléculas, átomos e elétrons estão em perfeito estado de repouso, sem qualquer energia cinética ou qualquer tipo de interação entre seus constituintes.

No entanto, quando a matéria encontra-se em temperaturas próximas do zero absoluto, as leis da Física mudam de comportamento. Em níveis tão baixos de energia, os efeitos quânticos passam a influenciar a dinâmica dos átomos e moléculas.

O zero absoluto é a menor temperatura teórica.
O zero absoluto é a menor temperatura teórica.

A consequência do surgimento de efeitos quânticos é que todo o determinismo e a possibilidade de medidas acuradas (que são comuns na Física clássica) deixam de fazer sentido, graças a uma propriedade quântica chamada de princípio da incerteza de Heisenberg.

De maneira bastante simplista, o princípio de Heisenberg é uma imposição da natureza que nos impede de conhecermos, com total precisão, qualquer grandeza física relacionada a sistemas quânticos.

Em outras palavras, graças a esse princípio, não é possível determinar com máxima precisão a posição de um átomo, pois, para isso, esse deveria estar perfeitamente estático, e isso não é permitido pelas propriedades da física quântica.

Próximo ao zero absoluto, a entropia e a agitação dos átomos tornam-se nulas.
Próximo ao zero absoluto, a entropia e a agitação dos átomos tornam-se nulas.

Por que não é possível alcançar o zero absoluto?

A impossibilidade do zero absoluto é explicada pela terceira lei da Termodinâmica. Essa lei, também conhecida como teorema ou postulado de Nernst, afirma que é impossível, por um número finito de transformações, que a entropia de um sistema torne-se nula.

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O que aconteceria no zero absoluto?

Apesar de não ser possível atingir o zero absoluto, ao chegarmos a apenas alguns graus além dessa temperatura, alguns efeitos interessantes surgem: os átomos ficam muito próximos uns aos outros, mesmo os gases, como hidrogênio e hélio, tornam-se sólidos. Nessa temperatura, algumas substâncias apresentam propriedades supercondutoras, como as ligas de nióbio e titânio.

Alguns físicos teóricos também acreditam que, caso um corpo atingisse a temperatura do zero absoluto, sua massa deixaria de existir. O motivo desse comportamento está na energia de repouso, um conceito criado pelo físico alemão Albert Einstein. De acordo com a relação de Einstein entre massa e energia de repouso, um corpo sem qualquer energia não pode ter massa.

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Como alcançar o zero absoluto?

Existem diversas técnicas utilizadas pelos cientistas para que temperaturas próximas do zero absoluto sejam criadas artificialmente. Uma das maneiras mais usadas pelos cientistas para atingir 0 K é o resfriamento a laser.

O processo funciona assim: um fóton é emitido em direção a um átomo, esse fóton é absorvido e, em sequência, reemitido no sentido oposto. Entretanto, os fótons reemitidos apresentam energias um pouco maiores que os fótons incidentes, a diferença de energia é extraída do movimento do próprio átomo, que tem sua oscilação reduzida até que fique quase completamente parado.

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A impossibilidade do zero absoluto

O zero absoluto é inatingível, isto é, nunca mediremos nada nessa temperatura. Essa impossibilidade tem origem nas leis da Termodinâmica e também nas propriedades da Física quântica. O princípio da incerteza, por exemplo, garante que a energia de um sistema quântico nunca seja nula.

Uma outra maneira de entendermos a impossibilidade do zero absoluto diz respeito ao processo de medição de temperatura. Quando precisamos medir a temperatura de um corpo ou sistema, usamos um termômetro. No entanto, se colocarmos um termômetro para medir a temperatura de algum corpo, supostamente à temperatura de 0 K, esse instrumento trocará calor com o corpo, que terá sua temperatura aumentada, mesmo que em níveis microscópicos.

 

Por Me. Rafael Helerbrock

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

HELERBROCK, Rafael. "Zero absoluto"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/zero-absoluto.htm. Acesso em 20 de novembro de 2019.

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