Zero absoluto de temperaturas

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

Apresentação
Quando qualquer gás é aquecido, do ponto do gelo (PG) ao ponto do vapor (PV), seu volume aumenta cerca de um terço ou, para ser mais exato, 1/2,73 do seu volume original, sob pressão constante.

"Todos os gases expandem-se exatamente do mesmo modo, quando submetidos ao aquecimento".

Esta propriedade dos gases (principalmente quando rarefeitos), que contrasta com a dos sólidos e líquidos deve-se à extrema simplicidade de sua estrutura íntima, em comparação com a dos outros corpos. 
Como, para a variação de 100^oC, a variação do volume do gás é de 1/2,73, podemos concluir que, para cada variação de 1^oC, a variação de volume correspondente será de 1/273 do volume original. 
Esse valor, 1/273, é exatamente o coeficiente de dilatação volumétrica dos gases.

Se agora resfriarmos o gás, abaixo do ponto do gelo (0⁰C), ele se contrairá segundo a mesma fração, para cada grau célsius de resfriamento.

Desse modo, a 273 ^oC abaixo de 0 ^oC, poder-se-ia esperar que o volume de qualquer gás se reduziria a zero. Esse ponto (- 273 ^oC) é chamado zero absoluto de temperatura. Se o tomarmos como origem da escala, as temperaturas medidas serão também temperaturas absolutas ou temperaturas kelvin (K).

Na ilustração apresentamos o gráfico das mudanças de volume dos gases, em função de sua temperatura absoluta. Enquanto o gás se mantém nesse estado, o gráfico é uma linha reta passando pelo zero absoluto, e a tendência do gás é se contrair até ao volume zero, no zero absoluto.  

Contudo, essa tendência nunca se concretiza, pois todos os gases se liquefazem antes de chegarem ao zero absoluto. Alguns o fazem mais cedo, outros mais tarde. O hélio é o último a liquefazer-se, o que acontece quando faltam apenas uns 4 graus para o zero absoluto.
Naturalmente, assim que o gás se transforma em líquido, seu volume decresce muito mais lentamente, com o decréscimo de temperatura, sem tender mais para zero.

Embora nenhum gás chegue realmente ao fim da trilha, a noção de zero absoluto é muito importante em Física, e pode ser concebida como o ponto de anulamento do volume de um hipotético gás ideal ou perfeito, que conservaria tal estado por mais que o resfriássemos.
A pressão do gás, decorrente dos choques das moléculas entre si e com as paredes do recipiente que o contém, também tenderá para zero, pois com volume nulo, não há partículas para definir impactos.

Nossa parte experimental explora esse pormenor, quando a temperatura (célsius) diminui, a pressão do gás também diminui e, por extrapolação, podemos obter a temperatura correspondente ao zero absoluto, na escala Célsius, pesquisando o ponto onde a pressão se anula.
Usaremos nessa experimentação da esfera de cobre (oca) com conector, um manômetro, três béqueres de 2000 ml, termômetro, água, gelo, ebulidor.  

Devemos colocar a esfera metálica oca, devidamente conectada ao manômetro, dentro da água gelada, ambiente e quente, respectivamente. Para cada situação, devemos ler a temperatura da água e a correspondente pressão do ar, aprisionado dentro do balão.

A seguir, levamos esses pares de valores (q, P) num gráfico. Obteremos por extrapolação, o valor do ‘zero absoluto’ de temperatura, na escala Celsius.