Apresentação Tema 6 - Terceira Lei da Termodinâmica

o Olá meu nome é Pedro Andretta Chagas Eu sou estudante de engenharia de produção e hoje eu vou falar um pouco sobre a terceira lei da termodinâmica e o questionamento que foi essencial para a descoberta e o desenvolvimento da terceira lei da termodinâmica foi com frio é possível chegar bem no planeta terra o lugar com a temperatura mais fria foi descoberto por um satélite da Nasa no leste do Planalto Ártico e registrou impressionantes temperatura de - 98 graus Celsius isso acontece todo inverno nessa região e devido à sua alta elevação e sua proximidade com o

Polo Sul que dão ao lugar o clima mais frio de qualquer outra região da terra e se você deixasse o café quente caiu no chão nesse lugar ele provavelmente congelar ia antes mesmo de chegar no chão mas você é muito mais quente do que as temperaturas mais frias que já conseguimos medir E aí e com ajuda de telescópios especiais cientistas conseguiram observar na Nebulosa do bumerangue encontrada na constelação de Orion a temperatura mais fria e já medir em qualquer lugar do universo a rápida expansão dos gases da nebulosa tornaram ela ainda mais fria que é

que a radiação cósmica de fundo em micro-ondas chegando a um Kelvin isso é 1,7 Kelvin mais frio do que a temperatura mais fria registrada no vácuo do espaço de 2,7 Kelvin e já no laboratório conseguindo chegar a temperaturas ainda menores usando laser para resfriar moléculas individuais até temperaturas na ordem de bilionésimo de Kelsen e as técnicas de resfriamento a laser utilizam-se do fato de que quando o objeto geralmente um átomo absorve remédio foto Isso é uma partícula de luz seu momento muda para um conjunto de partículas sua temperatura termodinâmica é proporcional à Vale ânsia e

suas velocidades ou seja velocidades mais homogêneas entre partículas correspondem a temperatura mais baixa é a técnica de resfriamento a laser combina espectroscopia atômica com efeito mecânico da luz que Eu mencionei para comprimir a distribuição de velocidades de um conjunto de partículas resfriando assim esse conjunto né e sistema é mas apesar dessa tecnologia nunca conseguimos chegar ao zero absoluto é uma das primeiras incursões em pesquisas com baixas temperaturas foi feita por James waller que foi a primeira pessoa capaz de liga fazer e depois tô edificar o gás hidrogênio chegando uma temperatura recorde na época de 13

Kelvin ou menos 269 graus Celsius uma vez realizado experimentos ele afirmou neste ponto ou em seus arredores nosso Progresso é barrado já antecipando prevendo a existência de um zero absoluto há quase uma década depois um cientista da antiga Prússia o alternext anunciou se o teorema de calor que mais tarde se tornaria conhecido como a terceira lei da termodinâmica pela qual ele ganhou o Prémio Nobel da química em 1920 E que nos ajuda a entender melhor esse tipo de situações extremas e em 1906 na iniciação do seu teorema de calor né ela se postulou a entropia

de um cristal perfeito se aproxima de zero quando sua temperatura se aproxima do zero absoluto o Ou seja a terceira lei define o que é o zero absoluto e conecta os conceitos de temperatura entropia para entender o que o teorema de fato significa precisamos portanto entender o que significa um cada um desses termos é bem quanto a temperatura sabemos que ela nada mais é do que uma maneira de se medir a energia térmica disponível de uma substância o que por sua vez é uma medida da energia cinética das moléculas que compõem essa substância e sabemos

também que quando a temperatura de um sistema diminui a energia interna de sistema também diminuir assim como energia cinética de cada partícula de matéria e a medida que a temperatura se torna extremamente baixa as partículas vão se desacelerando o completamente até a sensação absoluta de qualquer tipo movimento isso é elas pedem toda a sua energia cinética aulas de energia cinética significa aumente temperatura pela maneira como definimos então chamamos essa temperatura de zero absoluto e nessa temperatura toda substância se encontra necessariamente no estado sólido com suas partículas dispostas da maneira mais organizada possível se nenhuma imperfeição

ou movimento relativo entre si formando o que chamamos de um cristal perfeito neste estado o alinhamento das partículas não deixa nenhuma ambiguidade quanto à localização e orientação de cada parte do Cristal à medida que a energia do Cristal reduzida as vibrações dos átomos individuais são reduzidos a nada e o cristal se torna o mesmo em todos os lugares e como podemos entender a entropia de um sistema com uma medida da desordem de sistema a ser vamos com um sistema a temperatura zero absoluto possui entropia igual a zero e a partir desse raciocínio não se pode

formular o seu teorema de calor que mais tarde viria a ser conhecido como o terceiro de termodinâmica e que pode ser expresso matematicamente pela seguinte expressão Ou seja quando a temperatura tende ao zero absoluto No Limite a a a entropia de sistema também tende a zero e com o desenvolvimento da mecânica estatística a terceira lei da termodinâmica Assim como as outras leis passou de uma lei fundamental justificada por experiências a uma lei derivada isso é derivada de leis mais básicas e ali básica da qual derivada principalmente é a definição estatístico mecânica de entropia de um

sistema de grande porte dada pela equação de boltzmann plank e essa expressão mostra a relação entre a entropia e o número de maneiras pelas quais os átomos ou moléculas de um sistema termodinâmico podem ser organizadas e a partir dessa expressão podemos calcular a entropia de um sistema sabendo que KB é a constante de boltzmann Expressa em jaula e por Kelvin e w é o número de microestados reais correspondentes ao Makro estado do gás e o único estado nada mais é do que uma configuração microscópica específica de um sistema termodinâmico que o sistema Pode ocupar com

uma certa probabilidade no curso de suas flutuações térmicas já uma crestado refere-se às suas propriedades macroscópicas como temperatura pressão volume e densidade e voltando a equação de boltzmann plank nós sabemos que como não a temperatura por definição também não a energia cinética e portanto existe somente um emprestado que as partículas podem evitar que remete ao conceito de cristal perfeito o Condado igual a um temos que o logaritmo natural de w = 0 e logo a entropia do sistema também é zero e é importante notar que o zero absoluto é impossível de ser alcançado experimentalmente e

essa noção foi comunicada pelo próprio nerd quando em 1912 declarou novamente a terceira lei como é impossível reduzir a temperatura de um sistema ao zero absoluto num número finito de Passos é isso vem do fato de que como afirma a segunda lei da termodinâmica o calor flui espontaneamente de um corpo mais quente a um pouco mais frio logo o objeto que você quer respirar ao zero absoluto estará necessariamente absorvendo o calor da sua vizinhança E além disso por definição a menor entropia possível só pode ocorrer em um cristal perfeito que é uma estrutura onde o

todos os átomos que formam são idênticos e posicionados em uma forma perfeitamente simétrica em todas as imperfeições no Cristal transporta uma certa energia de modo que a entropia não poderá ser minimizada é da mesma forma qualquer energia térmica residual dentro do Cristal irá criar movimento térmico dentro do dentro dele e novamente a sua entropia não poderá ser mínima por outro lado O que significa que não se pode chegar ao zero absoluto bom então nada no universo vai estar completamente imóvel Eu também sempre teremos algum movimento devido a energia térmica e entretanto o zero absoluto se

manter como conceito teórico muito importante pois eu falei providencia um ponto de referência absoluto para determinação da temperatura entropia absolutas a temperatura assim como entropia a partir desse ponto podem ser ditas como absolutas e e mais do que isso nosso conhecimento teórico sobre as estado extremo da matéria nos ajudou a descobrir e estudar fenômenos muito interessantes que ocorre em temperaturas próximas como a supercondutividade superfluidez e a condensação de bose-einstein e enquanto uma substância pode ter Teoricamente qualquer a temperatura acima do zero absoluto suas partículas componentes não podem essas partículas objetos quânticos ela somente em Pode

ocupar certo nível de energia de vibrações ou de movimento muito parecido com os discretos orbitais de um elétron em um átomo essa natureza quântica revelada quando nós olhamos no espectro da Luz produzida conforme as partículas saltam entre os níveis de energia e essa radiação de corpo negro descrita pela lei de Planck sua forma matemática foi a primeira pista da natureza quântica do mundo subatômico a influência do mundo político se torna muito mais Evidente nos estranhas Estados em que a matéria existe na extremidade mais fria do espectro de calor E como eu já disse antes um

exemplo disso é o condensado de bose-einstein que também é conhecido como o quinto estado da matéria E conforme nós estaremos energia de uma substância suas partículas caem ao menor nível de energia possível e criando o conhecido o condensado de bose-einstein uma vez todas as partículas o combo mesmo estado quântico elas compartilham uma única e coerente função de onda isso faz com que ela se comporta de uma maneira estranhamente coletiva ela se torna imunes a situações visuais parte com os milhões não podem mais ser expulsos ou tirar o seu estado de baixa energia e significa que

elas fluem sem nenhuma resistência entre ser é incerto sólidos pares de elétrons ligados conhecido como os pares de Cooper se condensam e se estado ele fluem livremente através do material criando o que é conhecido hoje como supercondutor e contudo se a substância inteira puder de alguma maneira permanecer fluida Quando ela começar a temperatura crítica do condensado de bose-einstein ela se torna o que chamamos de um super fluido ele tem viscosidade zero e pode passar através de minúsculas aberturas sustentar redemoinhos que duram para sempre e até mesmo subir pelas paredes do recipiente que é o que

vocês vem na imagem E aí somente uma substância conhecida por produzir no super fluido em condições de laboratório e esse é o Hélio em particular do n4 e o Hélio quatro tem um espinho completo de zero o que faz dele um Bóson uma parte com algumas primeiro os bons são capazes de ocupar o mesmo estado quântico que cada outro ao contrário dos pernas o Spin meio que não podem a outra característica única do Hélio é que ele não pode ser congelado ele permanece líquido mesmo abaixo da da menor temperatura possível outras habitantes tão sólidas Muito

Antes que elas possam se tornar a superfície e e a incapacidade congelamento do Hélio revela um ainda mais profundo mistério quântico existe um limite absoluto para conferir uma substância pode se tornar respondendo às perguntas do começo em teoria a temperatura de zero absoluto significa nenhuma energia térmica Como podemos ver e nenhum momento interno as partículas mas o que realmente significa por uma partícula se tornar completamente imóvel Tá bom sua posição relativa seus vizinhos e descer fixa e o seu momento eles fizeram Entretanto a mais Fundamental Lei da mecânica quântica proibisse o princípio de incerteza de

Heisenberg nos diz que é um limite absoluto na possibilidade de conhecer certas combinações e suas propriedades por exemplo quanto mais precisamente a posição de uma partícula quântica é definida menos conhecido assim momento isso não é relativo a medição uma partícula com a posição perfeitamente conhecida tem um momento perfeitamente indefinido e assim tentar ficar a posição de uma partícula perfeitamente ou seja tentar manter ela fixa o seu momento acaba entrando em um estado de imprecisão código Esse momento pode então flutuar para valores potencialmente muito elevado a temperaturas muito baixas Portanto o movimento de uma partícula adquire

um tipo de desordem quântica e esses efeitos quânticos se traduzem param muito real mínimo em média de energia e um e por consequência um mínimo e temperatura essa temperatura é somente uma minúscula fração mais altas do que os absolutos nós chamamos o menor nível de energia de um sistema quântico o seu. Zero de energia oi lá no grupo de partículas que compõem qualquer tipo de matéria esse ponto de zero energia não é realmente zero existe sempre uma mesma quantidade de energia cinética restando e assim impossível alcançar a temperatura do zero absoluto dessa vez uma razão

mais profunda em todos os sistemas quânticos também tem os seus pontos não zero e isso conduz a um fenômeno ainda mais estranha e por exemplo o campo quântico que preenche nosso universo também flutua devido ao princípio da certeza resultando no Que nós conhecemos como energia do vácuo o e alguns Campos quânticos tem um ponto zero não 035 antes mesmo de nós trazemos ainda a discussão isso leva o famoso mecanismo de rins e possivelmente também o fenômeno da refração e da energia escura bem para entender o universo nós vimos que fizemos entender como ele se comporta

na ausência de calor ausência de luz aos de matéria e por esse motivo princípios como a terceira lei da termodinâmica se fossem tão importantes é bem essa foi a minha aula minha apresentação eu agradeço encarecidamente pela sua atenção e espero que você tenha gostado e e aprender alguma coisa