O peso do calor na história da termodinâmica.

Objetos quentes são facilmente discerníveis de objetos frios. Basta encostar neles. Dessa forma podemos criar uma escala temperatura, mesmo que arbitrária. Qualquer criança pode dizer que um objeto está muito quente, quente, morno, frio ou muito frio. Não precisamos de muita ciência para isso. Podemos, no entanto, ser mais precisos do que isso, e os cientistas assim o foram. Eles criaram a ciência da calorimetria. Uma forma de medir a temperatura de um objeto é notar que alguns objetos se expandem com o calor. Desta forma, quanto mais expandido estiver o objeto, mais quente ele estará. Essa é a ideia por trás dos termômetros.

Isso era basicamente tudo o que sabíamos sobre o calor até meados do século XVIII. Podíamos medir a sensação do calor, ou mesmo dar um valor para a temperatura de corpo, mas não havia uma definição clara do que seria o calor. Essa questão somente foi resolvida no final do século XIX. Até lá, havia duas teorias bem difundidas e completamente antagônicas entre si. A primeira era a do calórico, e a segunda a do movimento dos átomos. Explico abaixo.

Segundo a teoria do calórico, o calor nada mais seria do que um fluido que passava do corpo mais frio para o corpo mais quente. Assim, quando dois corpos se encostavam, o corpo mais frio transmitia algum calórico para o corpo mais quente, e por isso o outro corpo se tornava mais quente. Logo, quando mais calórico um corpo tivesse, mais quente este corpo estaria. Então um corpo totalmente desprovido de calórico seria um corpo absolutamente gelado.

Segundo a teoria atômica, não haveria um fluido do calor. O que entendemos como calor seria apenas o movimento dos átomos que compõem a matéria. Quanto mais rápido estivesse um átomo, ou uma molécula, mais quente estaria aquele corpo. Essa ideia esbarrava em dois problemas na época. O primeiro problema era que ainda não havia a certeza da existência dos átomos. De fato, muitos cientistas não acreditavam na teoria atômica. E o segundo problema é que a velocidade média dos átomos seria muito mais rápida do que o esperado segundo a intuição humana.

Ironicamente, enquanto os químicos estavam mais propensos a acreditar na teoria atômica, os físicos estavam mais propensos a aceitar a teoria do calórico, e a segunda lei da termodinâmica, hoje aceita como uma das leis fundamentais da natureza, foi proposta baseada na teoria calórica, que hoje sabemos ser a teoria errada! Porque as vezes, mesmo errando, acabamos por acertar.

Imagem de Conde Rumford
Retrato de Conde Rumford.
Data desconhecida, imagem em domínio público.

Como você certamente já ouviu falar que a matéria é formada por átomos, deve imaginar que a teoria certa era realmente a teoria atômica, e que o calor nada mais é que uma medida da velocidade média das partículas que compõem um corpo. Ou seja, não existe esse tal fluído do calor. Mas como os físicos descobriram isso? Bom, essa é uma resposta longa, porque não envolve apenas uma descoberta, mas uma sequência de descobertas que foi levando cada vez mais a física na direção da aceitação da teoria atômica da matéria e do que chamamos teoria cinética dos gases, ou seja, a teoria que diz que temperatura é movimento.

Uma descoberta muita citada nesse caminho foi feita por Benjamin Thompson, também conhecido como Conde Rumford (1753-1814). Em uma época de sua vida, Conde Rumford era responsável por supervisionar a boca de canhões, e notou que ao serem disparados os canhões geravam uma enorme quantidade de calor. Segundo a teoria calórica, de onde viria esse calor? Ao fazer tais observações, Conde Rumford notou que era possível extrair uma quantidade enorme de calor de um objeto através do atrito, e o peso de tal objeto não se alterava. Mas se o calor fosse um fluído, a perda de calor de um objeto deveria fazer com que tal objeto perdesse peso através do escoamento de tal fluído para fora do objeto. Como não perdia peso, a única solução possível seria a de que o calor fosse um fluído sem peso algum, o que não fazia muito sentido na teoria dos fluídos.

A teoria do calor, ou a termodinâmica, é um grande exemplo de como um mesmo fenômeno pode ser explicado por duas teorias completamente distintas, e apenas a experiência pode indicar qual delas é a teoria correta. Ou a mais correta, dado as observações da época. Por décadas os cientistas se dividiram entre a teoria calórica e a teoria do movimento, e somente com mais desenvolvimentos teóricos e experimentais foi possível entender melhor a origem do calor, e escolher entre uma das duas opções aparentemente válidas.

É assim que a ciência funciona. Ainda hoje há diversos problemas na física que diversas teorias tentam explicar os resultados, porém apenas uma pode estar certa. É normal que o cientista que trabalha com uma certa teoria tente convencer seus colegas de que sua teoria é a correta, em detrimento das outras. Porém em geral isso somente ocorre naquela fase onde ainda não há dados suficientes para discernir qual teoria melhor explica os fenômenos observados. Espera-se que em algum momento da história uma teoria se saia tão melhor que as outras, que esta seja considerada como aquela que melhor descreve a realidade.

Ainda assim, haverá aqueles cientistas que não abrirão mão de suas ideias, agarrando-se às suas teorias muito mais pela emoção do que pela sua correspondência com os dados experimentais. Em qualquer área da ciência sempre haverá aquele que se considera um pária, que grita aos quatro ventos que é ele quem está certo, em detrimento de praticamente todos os outros. Nada impede que ainda hoje alguém diga que o calor é, na verdade, um fluido, e todos os outros físicos estão enganados. Essa pessoa se dirá perseguida, e acusará com unhas e dentes todo uma classe de cientistas. Não terá sido a primeira vez, nem será a última.


Imagem principal: Pixabay, atribuição não requerida.

Author: João Paulo Morais

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