Uma nova definição da unidade de medida de temperatura em kelvin, deve ser estabelecida na atualização do Sistema Internacional de Unidades (SI). Este, por sua vez, será apresentado oficialmente na 26ª Conferência Internacional de Pesos e Medidas (CGPM), que acontece na França, entre os dias 13 e 16 de novembro. A nova definição da unidade kelvin teve colaboração do físico Michael Moldover, do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos Estados Unidos (NIST), em parceria com o professor do Departamento de Física da Universidade Federal do Paraná (UFPR), Felix Sharipov.
A nova definição do SI pretende estabelecer de maneira mais precisa e confiável todas as unidades, com base em valores fixos das constantes fundamentais das leis da Física. Para a medida em kelvin não é diferente. Atualmente, é definido como 1/273,16 da temperatura do ponto triplo da água – temperatura que os estados sólido, líquido e gasoso ficam em equilíbrio entre si. No entanto, de acordo com o professor Felix Sharipov, a unidade começou a apresentar divergências, pois a composição e comportamento específico da água variam nas diferentes partes do mundo.
A partir da nova definição, a unidade de medida kelvin será estabelecida pela constante de Boltzmann, que é universal e muito usada em Mecânica Estatística e Química. Sendo assim, a recomendação é que seja definido de modo que a constante de Boltzmann tenha no SI o valor exato de 1,380649 x 10 ⁻²³ J/K (joules por kelvin). Sharipov esclarece que, nos últimos anos, foram feitos esforços para definir medidas mais precisas dessa constante. “Quando um estudo chega no limite das divergências entre os grupos , o valor é congelado”.
Cavidades dos experimentos realizados por Michael Moldover (Crédito da imagem: INRiM, NPL, LCN-LNE).
Foram os métodos desenvolvidos pelo físico Michael Moldover – do NIST – e seus colaboradores, que permitiram chegar aos números da constante de Boltzmann. Os pesquisadores construíram cavidades de vácuo cilíndricas (preenchidas por quantidades rarefeitas de gás nobres) e isoladas do ambiente por uma parede de aço. Foi medida a velocidade de propagação de som pelo gás, a partir da ressonância das ondas sonoras nas paredes da cavidade.
Como a velocidade do som em um gás depende da sua temperatura, a variação dela com o aumento ou diminuição da energia cinética dos átomos do gás se vincula ao valor da constante de Boltzmann. As medidas da velocidade do som com o gás nas variadas temperaturas permitiram aos pesquisadores estabelecerem a constante.
“A minha parte no estudo foi essa análise de interação da superfície. Usando as definições de contorno, era possível reduzir o erro experimental e congelar a constante de Boltzmann”, relata Sharipov. Sendo assim, para diminuir a incerteza nos números de velocidade do som, os pesquisadores utilizaram modelos de propagação de ondas sonoras – que levam em conta a diferença entre as temperaturas dos meios e da superfície, determinada por uma grandeza chamada coeficiente de salto. O professor, que é especialista em modelagem de gases rarefeitos, calculou os coeficientes de salto para os experimentos.
A nova definição do SI deve modificar os conteúdos de livros didáticos em todo o mundo a partir de 2019. Para o professor Felix Sharipov, é gratificante aplicar os estudos que realizou durante toda a sua carreira como pesquisador. “Fico feliz em tentar ser útil para a sociedade e saber que participei de uma coisa que tem grande importância para toda a ciência que lida com medidas, não só a Física”, conclui.
Por Maria Fernanda Mileski