( 2,0 pontos) Nos experimentos realizados na disciplina Fisica 2 experimental, foi possível verificar experimentalmente grandezas física associadas às variáveis termodinâmicas. Descreva, suscintamente, a metodologia e análise para verificar a aproximação experimental do zero absoluto.

Passo 1

O enunciado pede para descrever como, num laboratório de Física 2 Experimental, a gente pode aproximar experimentalmente o zero absoluto usando grandezas termodinâmicas. O conteúdo envolve a Lei dos Gases Ideais e, mais especificamente, a lei de Gay‐Lussac (Charles) para gás a volume constante, além de análise de regressão linear dos dados de pressão versus temperatura.

Passo 2

Montamos um sistema com um volume fixo de gás (por exemplo, ar ou nitrogênio) confinado em um recipiente rígido ligado a um manômetro ou sensor de pressão. Em seguida, colocamos esse sistema em banhos térmicos de temperaturas conhecidas (por exemplo, gelo a 0\,^\circ\mathrm{C}, água quente a 50\,^\circ\mathrm{C}, banho com gelo e sal para temperaturas negativas etc.) e, para cada banho, registramos simultaneamente a temperatura T (com termômetro calibrado em Celsius) e a pressão P.

Passo 3

Pela Lei dos Gases Ideais, para massa n e volume V constantes vale
P = \frac{nR}{V}\,T_{\mathrm{K}},
onde T_{\mathrm{K}}=T_{\mathrm{C}}+273{,}15 é a temperatura em kelvin. Na prática, como medimos T_{\mathrm{C}}, adaptamos para uma relação linear
P = m\,T_{\mathrm{C}} + b,
em que m e b são obtidos por ajuste linear dos pontos experimentais (T_{\mathrm{C}},P).

Passo 4

Fazemos uma regressão linear dos dados de pressão versus temperatura em graus Celsius e obtemos
\hat P(T_{\mathrm{C}})=m\,T_{\mathrm{C}}+b.
Em seguida, encontramos a temperatura em que a pressão extrapolada seria zero:
0 = m\,T_{0}+b \quad\Longrightarrow\quad T_{0}=-\frac{b}{m}.
Esse T_{0} é a estimativa experimental do zero absoluto em graus Celsius (deve ficar perto de -273{,}15\,^\circ\mathrm{C}).

Passo 5

Para quantificar a incerteza, analisamos os erros de calibração do termômetro, do manômetro e a dispersão dos pontos em torno da reta ajustada. Calculamos o desvio-padrão do intercepto e da inclinação na regressão e propagamos até \Delta T_{0}. Comparando T_{0}\pm\Delta T_{0} com o valor teórico -273{,}15\,^\circ\mathrm{C}, avaliamos a precisão e a exatidão do experimento.

Resposta

A gente aproxima o zero absoluto medindo a pressão de um gás preso em volume constante para várias temperaturas conhecidas, ajusta uma reta P=mT_{\mathrm{C}}+b aos dados e extrapola até P=0, obtendo
T_{0}=-\frac{b}{m}\approx -273{,}15\,^\circ\mathrm{C},
avaliando incertezas pela regressão linear.

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