Um grupo da cidade de Valladolid contribui à redefinição da Escala Internacional de Temperatura

Cristina G. Pedraz/DICYT Membros do Grupo de Investigação Reconhecido Termocal (Termodinâmica e Calibragem) da Universidade de Valladolid fazem parte de um projeto europeu do VII Programa Marco que procura redefinir a Escala Internacional da Temperatura, e com isso precisar unidades básicas de medida como o Kelvin. Como lembra Juan José Segovia, um dos cientistas de Valladolid que trabalha no projeto, atualmente algumas unidades de medida ainda estão baseadas na matéria, apesar de sofrer mudanças. “O que queremos é que estas unidades se desliguem da matéria e se unam a constantes físicas universais”, assinala, de forma que a ambigüidade que origina as mudanças de estado da matéria seja eliminada.

No caso das temperaturas, o ponto triplo da água é o que serve para calibrar as escalas. Este ponto é aquele no qual coexistem o equilíbrio nos estados sólido, liquido e gasoso, e está situado em 273’16 Kelvin (0’01 graus Celsius). Apesar de este ponto estar “bem definido”, à medida em que nos afastamos na escala “se perde exatidão e se aumenta a incerteza”. Ao definir-se a escala a partir de uma constante física universal, ressalta o pesquisador, o nível de incerteza “será mais parecido em todo o intervalo e se reduzirá nas extremidades”.

Em concreto, a equipe de cientistas utilizará a Constante de Boltzmann, que relaciona temperatura absoluta e energia. Para determiná-la, serão utilizados termômetros de gás de constante dielétrica, termômetros de gás acústicos e umas termometria de efeito Doppler. O grupo Termocal se encarregará das medições com o termômetro de gás acústico, ao ser um dos poucos laboratórios europeus que o possuem.

Como explica o professor Segovia, “a velocidade do som é uma propriedade termodinâmica que está relacionada com a temperatura através da Constante de Boltzmann”. Assim, o que irão fazer os pesquisadores de Valladolid será “medir velocidades do som à uma temperatura conhecida, que é o ponto triplo, e a partir destes dados deduzir qual é a Constante de Boltzmann”.

Termômetro acústico

O termômetro está composto, entre outros elementos, por uma esfera oca (um ressonador esférico) fabricado a partir de dois hemisférios provenientes do mesmo bloco de aço inoxidável. Para realizar os experimentos, o ressonador se enche com um gás simples (argônio ou Helio, de preferência), de forma que seu comportamento se pareça o máximo possível ao que denominam “gás ideal”. Trabalha-se reduzindo a pressão na cavidade até que chegue ao ponto 0, para depois provocar uma onda acústica no fluido. O experimento será desenvolvido paralelamente por várias equipes de pesquisa, quatro européias que possuem um termômetro acústico. São procedentes da Itália, Alemanha e Inglaterra, além da Espanha.

Fases do projeto

O Termocal participa no projeto através de um acordo com o Centro Espanhol de Metrologia (CEM), já que somente podem formar parte desta convocatória do VII Programa Marco institutos nacionais de metrologia. O trabalho foi encarregado pelo Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM, sigla em francês) e também conta com a participação de grupos de pesquisa norte-americanos e chineses. Do lado europeu, aportarão suas pesquisas Grã-Bretanha, França, Dinamarca, Alemanha e Itália. O projeto acaba de começar seu terceiro ano (sua duração abrange os anos de 2008 a 2010). Enquanto a primeira otimizou a técnica “incorporando novos aparelhos para poder medir com as exatidões exigidas”, e na segunda “foram realizadas medidas de velocidade do som”. No presente ano os científicos de Valladolid receberão os gases de referência que passarão por todos os laboratórios e determinarão as medidas “definitivas” para atribuir valor à Constante de Boltzmann.

Os pesquisadores prevêem precisar-la em um centésimo  

Juan José Segovia lembra que uma das condições imposta pela Bureau Mundial de Pesos e Medidas é que a determinação da Constante de Boltzmann “tem que ser realizada em vários laboratórios e com dois técnicas diferentes, por isso estão envolvidas não só a termometria acústicas, mas também a constante dielétrica que é a outra que pode chegar a estes valores”. Nestes momentos os pesquisadores somente dispõem de um valor da Constante de Boltzmann determinado em 1989. Como exemplo, a diferença entre a temperatura medida com os valores aceitos atualmente e com os que se estão testando neste trabalho é aproximadamente um centésimo o que significa que, uma vez atualizada, “onde antes se dizia que havia 223 graus vamos dizer que há, por exemplo, 223’02”, algo que será útil, sobretudo, em campos como o tecnológico. Grupos norte-americanos, japoneses e chineses também estão participando no projeto com outras técnicas que virão unicamente confirmar os valores procedentes da termometria acústica, que é o método mais confiável e com o menor nível de incerteza”.