FQAF LORD KELVIN

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Universidade de Brasília
Faculdade de Ceilândia
Disciplina: Físico-química Aplicada a Farmácia 1 
Turma A
Docente: Dr. Paulo Gustavo Barboni
Discente: Izabella dos Reis Santana 
Matrícula 190089300
Equipartição de Energia e Lord Kelvin
Brasília-DF, 20 de Setembro de 2020.
1- Descreva o princípio da equipartição de energia e como ele se relaciona com as propriedades termodinâmicas de um sistema, como a temperatura e a capacidade térmica;
A ideia principal do princípio da equipartição é que, em equilíbrio térmico a energia é partilhada de maneira igual entre as suas várias formas. Este princípio é demonstrado em uma fórmula geral relacionando a temperatura de um sistema com sua energia média. De forma mais genérica, o teorema de equipartição pode ser aplicado em diferentes sistemas que estejam em equilíbrio térmico e também pode ser usado para derivar a lei dos gases ideais e a lei de Dulong-Petit para os calores específicos dos sólidos. Também pode ser utilizado para prever as propriedades das estrelas. 
2-Pesquise e descreva as dificuldades encontradas por Lorde Kelvin e seus contemporâneos em relacionar as capacidades térmicas dos gases com os valores preditos pela teoria da física clássica.
Em 1819, os franceses Pierre Louis Dulong e Alexis Thérèse Petit descobrem que os calores específicos molares dos sólidos a temperatura ambiente eram quase idênticos, uns 6 cal/(mol·K). Esta lei foi utilizada por muitos anos como a técnica para medir massa atómica. No entanto, estudos posteriores por James Dewar e Heinrich Friedrich Weber mostraram que a lei de Dulong-Petit só é válida a altas temperaturas, a baixas temperaturas, ou para sólidos excepcionalmente duros tais como o diamante, o calor específico era menor. 
Medições experimentais do calor específico dos gases também despertaram dúvidas com respeito à validade do teorema da equipartição, onde falava que a capacidade calorífica molar de gases monoatómicos simples deveria ser de uns 3 cal/(mol·K), enquanto que a de gases diatómicos deveria ser de uns 7 cal/(mol·K).
Esta predição foi confirmada mediante experiências, mas encontrou-se que as capacidades caloríficas molares de gases diatómicos possuem valores próximos a 5 cal/(mol·K), que desce a uns 3 cal/(mol·K) a muito baixas temperaturas. Maxwell observou, em 1875, que a discrepância entre as experiências e o teorema da equipartição era ainda pior que os valores descobertos, dado que os átomos são formados por partículas, seria de esperar que a energia calórica contribui também para aumentar o movimento destas partes internas, fazendo que os calores específicos preditos para gases monoatómicos e diatómicos fossem maiores que 3 cal/(mol·K) e 7 cal/(mol·K), respectivamente.
Uma terceira discrepância é o valor do calor específico dos metais. De acordo com o modelo clássico de Drude, os elétrons metálicos comportam-se de forma similar a um gás quase ideal, portanto deveriam contribuir com (3/2) Ne kB para a capacidade calorífica segundo o teorema de equipartição, onde Ne é o número de elétrons. No entanto, comprovou-se experimentalmente que os elétrons contribuem em muito pequena medida para a capacidade calorífica: as capacidades caloríficas de muitos materiais condutores e isolantes são praticamente iguais. 
Propuseram-se várias explicações para a falha do teorema da equipartição em reproduzir as capacidades caloríficas molares. Boltzmann defendia o seu teorema da equipartição já que considerava que a sua dedução era correta, mas era da opinião que talvez os gases não se encontrassem em equilíbrio térmico por causa da sua interação com o éter. Lord Kelvin sugeriu que a derivação do teorema da equipartição devia estar incorreta, uma vez que discordavam com as experiências, mas não soube explicar a causa. Lord Rayleigh, por sua vez, lançou a ideia que o teorema da equipartição e a suposição experimental sobre o equilíbrio térmico eram ambas corretas; para resolver o problema, ele postulou a necessidade de contar com um princípio novo que providenciaria uma "saída da simplicidade destrutiva" do teorema da equipartição. 
Albert Einstein encontrou dita solução, ao mostrar, em 1907, que estas anomalias no calor específico se deviam a efeitos quânticos, especificamente a quantização de la energia nos modos elásticos do sólido. Einstein utilizou a falha do teorema da equipartição para argumentar sobre a necessidade de contar com uma nova teoria quântica da matéria. As medições experimentais realizadas por Nernst, em 1910, sobre calores específicos a baixas temperaturas serviram de respaldo para a teoria de Einstein, tendo levado à aceitação ampla da teoria quântica entre os físicos.
3- O texto demonstra a dificuldade encontrada por pesquisadores em elaborar teorias condizentes com a natureza. Você consegue indicar mais dois exemplos deste tipo? Quais?
Um dos exemplos de teorias que não condizem com a natureza é a teoria da matéria escura, os cientistas sabem que ela existe pelo efeito gravitacional que exerce sobre outros elementos com matéria e sobre a estrutura do Universo. Muitos especialistas acreditam que é composta por partículas massivas que interagem sem força entre elas e, por essa razão, nunca puderam ser detectadas.
Outro exemplo é a gravidade quântica. Até então, a Física não foi capaz de unir a força gravitacional ao modelo padrão da Física de partículas, isto é, ainda não foi possível unificar a explicação das demais forças da natureza à noção de gravidade.
Alguns modelos sugerem a existência de um bóson que foi batizado de graviton. De acordo com a teoria quântica da gravidade, a interação gravitacional é mediada por essa partícula que não possui massa nem carga. Além disso, de acordo com o artigo científico de 2004, chamado “Can gravitons be detected?”, escrito pelos físicos Tony Rothman e Stephen Boughn e publicado na revista científica Foundations of Physics, em razão do seu minúsculo “tamanho”, seria praticamente impossível observar diretamente a existência de um graviton.
REFERÊNCIAS
 BBC News, Estado de São Paulo, Brasil. Disponível em: https://www.bbc.com. Acessado em 19 de Setembro de 2020.
Jones,L e Atkins, P., Princípios de Química -Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente. Editora Bookman, Porto Alegre, 2006