Medição recorde pode redefinir temperatura

Com informações do NPL - 12/08/2013

O ressonador acústico, formado por dois hemisférios de cobre e cheio de argônio, está ajudando a redefinir o kelvin em termos da constante de Boltzmann.
[Imagem: NPL]

Temperatura padrão

Acaba de ser realizada a medição mais precisa já feita da constante de Boltzmann.

Este valor pode mudar a forma como definimos temperatura, substituindo o método padrão que tem sido usado há mais de 50 anos.

A constante de Boltzmann estabelece a quantidade de energia ao nível das partículas individuais que corresponde a cada grau de temperatura.

Atualmente, o Sistema Internacional de Unidades (SI) define a unidade de temperatura - a temperatura Kelvin, o grau Celsius etc. - usando a temperatura do ponto triplo da água, o ponto no qual a água no estado líquido, como gelo sólido e o vapor de água todos podem existir em equilíbrio.

Esta "temperatura padrão" foi definida exatamente como 273,16 K.

Todas as medições de temperatura que fazemos, da febre das crianças àquela necessária para conduzir reações químicas na indústria, são uma avaliação de quanto mais quente ou mais frio um objeto está quando comparado a este valor.

Nova definição de temperatura

Conforme se tornou necessária uma precisão crescente na medição da temperatura através de uma ampla gama de disciplinas, fixar uma única temperatura como um padrão tem-se tornado cada vez mais problemático, especialmente quando se trata da medição de temperaturas extremamente quentes ou extremamente frias.

A solução é redefinir o Kelvin usando uma constante fixa da natureza. A sugestão atualmente mais aceita consiste em utilizar a constante de Boltzmann.

"É fascinante que os seres humanos descobriram um jeito de medir a temperatura muito antes de sabermos o que realmente é a temperatura," comentou Michael de Podesta, do Laboratório Nacional de Física do Reino Unido, onde se realizou a nova medição da constante de Boltzmann.

"Agora nós entendemos que a temperatura de um objeto está relacionada com a energia de movimento de seus átomos e moléculas constituintes. Quando você toca um objeto e ele lhe parece 'quente' você está literalmente sentindo o 'zumbido' das vibrações atômicas. A nova definição liga diretamente a unidade de temperatura a esta realidade física básica," explica ele.

Constante de Boltzman

Podesta e seus colegas usaram uma técnica chamada termometria acústica para fazer a medição. Eles construíram um ressonador acústico e fizeram medições surpreendentemente precisas da velocidade do som no gás argônio.

As medições permitiram calcular a velocidade média das moléculas de argônio e, consequentemente, o valor médio da energia cinética que elas tinham. A partir daí, eles calcularam a constante de Boltzmann com uma precisão extremamente elevada.

O resultado da medição foi de 1,380.651.56 (98) × 10^-23 joules por kelvin.

O "(98)" mostra a incerteza dos últimos dois dígitos, o que equivale a 0,7 parte por milhão - quase a metade da incerteza anterior.

Além da redefinição da temperatura, estão atualmente em andamento esforços para redefinir outras constantes em termos de constantes fundamentais da natureza:

• Rumo a um quilograma que não muda com o tempo
• Bomba de elétron único redefine corrente elétrica
• Relógio atômico a laser pode redefinir o tempo
• Constantes fundamentais da natureza estão prestes a mudar

Mais tópicos