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26 de Jan. de 2025 | Rafaela Botelho
O que o Zero absoluto?
Na Física, sabemos que é possível medir a temperatura dos objetos analisando sua energia cinética, isto é, a energia associada ao movimento das moléculas. Como abordado em termodinâmica, essa temperatura pode ser expressa em diferentes unidades. A mais amplamente conhecida é o grau Celsius (ºC), entretanto, no âmbito da Física, utiliza-se predominantemente o Kelvin (K), unidade padrão estabelecida pelo Sistema Internacional de Unidades (SI).
Ao resfriar um material até a temperatura de 0 K, os átomos atingem seu estado fundamental mais baixo, cessando completamente seu movimento, com exceção de efeitos quânticos residuais. Esse estado é denominado Zero Absoluto.
Na escala do cotidiano, o zero absoluto corresponde a -273,15 ºC.
Por que não podemos ter uma temperatura mais baixa que isso?
Como estudado, a menor temperatura possível é 0 K. Isso ocorre porque, nesse estado, a energia cinética das partículas é nula (igual a zero). De acordo com os princípios da Termodinâmica, não é possível haver energia cinética negativa, então temos um limite onde não podemos mais descer a temperatura. Essa conclusão pode ser verificada ao analisarmos o formalismo matemático utilizado no cálculo da energia cinética:
A fórmula da energia cinética (Ec) da partícula em movimento é dada por: Ec=1/2mv².
Obs.: Essa expressão é válida no contexto da mecânica clássica (não relativística), ou seja, para velocidades muito inferiores à velocidade da luz, onde os efeitos relativísticos podem ser desprezados.
Essa fórmula, na qual m representa a massa da partícula e v a sua velocidade, evidencia que a energia cinética é proporcional à massa e ao quadrado da velocidade.
Observa-se que, na mecânica clássica, a energia cinética não pode assumir valores negativos. Isso se deve a dois fatores fundamentais: primeiro, a massa de um corpo é sempre positiva, sendo uma propriedade inerente da matéria; segundo, a velocidade, quando elevada ao quadrado, resulta em um valor sempre positivo, independentemente do sinal de v.
Consequentemente, a energia cinética é uma grandeza escalar exclusivamente positiva. Essa característica está diretamente relacionada ao conceito de temperatura absoluta na termodinâmica, uma vez que a temperatura é uma medida da energia cinética média das partículas em um sistema. Por isso, não é possível alcançar valores de temperatura inferiores ao zero absoluto, pois tal condição implicaria energia cinética negativa, o que contradiz os princípios da mecânica clássica.
Além disso, o terceiro princípio da termodinâmica estabelece que, ao atingir o zero absoluto (0 K), a entropia de um sistema alcança seu valor mínimo possível, representando um estado de ordem máxima. Nesse estado, as partículas estão completamente organizadas e imóveis, sem qualquer agitação térmica.
Em um sistema ideal, a entropia seria nula a 0 K, uma vez que as partículas estariam perfeitamente alinhadas e estáticas. Isso implica que, nesse estado, não existe nenhuma possibilidade de desordem ou de redistribuição adicional da energia.
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