Nos últimos 150 anos, os cientistas desenvolveram vários métodos para atingir temperaturas extremamente baixas . Fluidos como nitrogênio líquido e hélio líquido, ambos com pontos de ebulição significativamente baixos, foram utilizados em vários campos. Mais recentemente, técnicas de resfriamento a laser também foram implantadas.
Esses métodos deram origem a todos os tipos de novas descobertas e invenções superlegais. Desde um sistema ferroviário magnético levitante e sorvetes ultrassuaves até scanners médicos de última geração, armadilhas lunares frias e muito mais, o frio extremo está se mostrando essencial para a próxima onda de desenvolvimentos científicos.
10 Supercondutores e trens levitantes
Em 1911, quando os cientistas faziam pela primeira vez experiências com técnicas de arrefecimento extremo, o físico holandês Heike Kamerlingh Onnes descobriu algo notável sobre a forma como certos materiais conduzem eletricidade. Ele observou que elementos simples como o mercúrio podem conduzir eletricidade com resistência zero quando a temperatura cai abaixo de um limite específico.
Em baixas temperaturas, esses materiais tornam-se condutores perfeitos de eletricidade – daí o nome “supercondutores”. Num circuito fechado de material supercondutor, uma corrente elétrica seria capaz de fluir para sempre sem perder energia.
Os supercondutores tornam-se ainda mais intrigantes quando você os coloca em cima de um ímã forte . O forte campo magnético faz com que um magnetismo interno seja induzido no supercondutor, que é então repelido pelo ímã abaixo. Essa repulsão magnética faz com que o supercondutor desafie a gravidade e flutue no ar como uma prancha em miniatura.
Os engenheiros japoneses até construíram um sistema ferroviário que funciona exatamente com base neste princípio. Os trens SC Maglev – abreviação de “levitação magnética supercondutora” – têm ímãs supercondutores em vez de rodas. Eles são resfriados em tanques de hélio líquido e levitam 10 centímetros (4 pol.) Acima de uma longa trilha magnética. Em abril de 2015, o trem SC Maglev de alta velocidade da série L0 estabeleceu um recorde mundial de viagens ferroviárias de 603 quilômetros por hora (375 mph) em uma pista de teste perto do Monte Fuji. [1]
Atualmente, todos os supercondutores conhecidos só funcionam em frio extremo, o que significa que têm uma gama de utilizações bastante limitada. Mesmo os materiais supercondutores mais complexos, como o óxido de ítrio, bário e cobre, perdem sua supercondutividade quando a temperatura sobe acima de -173 graus Celsius (-279 °F). O desafio que os cientistas enfrentam agora é encontrar uma forma de reter estas propriedades supercondutoras à temperatura ambiente.
9 Imagem de ressonância magnética
O hélio líquido é um componente vital para a operação de scanners de ressonância magnética (MRI) – a tecnologia de imagem não intrusiva que permite aos profissionais médicos ver o interior do corpo dos pacientes. Bobinas de fio metálico dentro do scanner são mergulhadas repetidamente no fluido ultrafrio para minimizar sua resistência elétrica. Esses fios geram um forte campo magnético até 40.000 vezes maior que o campo da Terra.
Há um problema com esta configuração atual: estamos com pouco hélio . A substância é preocupantemente escassa e não há mais nenhuma maneira conhecida de fabricá-la. O scanner médio requer 1.700 litros (449 gal) de hélio líquido para resfriar as bobinas magnéticas a -269 graus Celsius (-452 °F). [2]
8 Condensados de Bose-Einstein
As baixas temperaturas podem causar comportamentos seriamente estranhos nos gases. Normalmente, os átomos de um gás estão em constante movimento – girando em alta velocidade, ricocheteando nas paredes do recipiente e colidindo uns com os outros. Se esse gás for aquecido, o movimento dos átomos se tornará ainda mais energético e frenético.
No entanto, quando certos gases são arrefecidos a temperaturas extremamente baixas – cerca de -273 graus Celsius (-460 °F) – os átomos individuais começam a perder drasticamente a sua energia. Eventualmente, quando os átomos não conseguem perder mais energia, eles formam um tipo exótico de matéria conhecido como condensado de Bose-Einstein (BEC). [3]
Uma das propriedades mais bizarras e brilhantes dos BECs é a sua capacidade de desacelerar e parar os semáforos. A física dinamarquesa Lene Hau usou este princípio para desacelerar um feixe de laser da velocidade da luz para cerca de 17 metros por segundo (56 pés/s).
Hau e sua equipe desenvolveram uma técnica para armazenar pulsos de luz individuais dentro de BECs. Estas descobertas incríveis poderão abrir caminho para novos métodos de armazenamento de dados, especialmente em computadores quânticos.
Embora Albert Einstein e Satyendra Nath Bose tenham tido a ideia pela primeira vez na década de 1920, só 70 anos depois é que o primeiro BEC foi realmente feito. Isto foi conseguido em 1995, quando os físicos americanos Eric Cornell e Carl Wieman arrefeceram com sucesso um gás de átomos de rubídio a 170 nK – mais de um milhão de vezes mais frio que o espaço exterior.
Pela sua importante contribuição para a investigação científica, a dupla – juntamente com o professor do MIT Wolfgang Ketterle – recebeu o Prémio Nobel da Física de 2001.
7 Crioterapia
Crioterapia é um termo genérico que se refere ao uso de baixas temperaturas em tratamentos médicos. Na maioria das vezes, produtos químicos abaixo de zero são aplicados usando uma criossonda especializada para remover células anormais do tecido. Isto inclui tudo, desde o congelamento de uma verruga desagradável até a destruição de um tumor cancerígeno .
Alguns defensores da crioterapia afirmam que ela tem uma infinidade de outros usos fantásticos. Dizem que mergulhar em uma cabine com temperatura superior a -100 graus Celsius (-148 °F) pode prevenir a demência, reduzir a depressão e até ajudar a perder peso. Mas a evidência disso é espúria. [4]
6 Crateras na Lua
O lugar mais frio conhecido no sistema solar está muito mais perto de casa do que você imagina. Originalmente, acreditava-se que era a superfície de Plutão . Mas em 2009, os cientistas descobriram crateras em torno do pólo sul da Lua que podem cair até -248 graus Celsius (-414 °F) durante o inverno. O Lunar Reconnaissance Orbiter da NASA fez a descoberta medindo os níveis de radiação a 50 quilômetros (31 milhas) acima da superfície da Lua.
As temperaturas mais frias são encontradas dentro de fendas lunares que ficam permanentemente na sombra, o que significa que nunca recebem luz solar. Estas crateras abaixo de zero funcionam como “armadilhas frias”, capturando elementos e gases voláteis que podem ser analisados para mapear um arquivo de atividade na Lua . Por exemplo, os minerais identificados em Cabeus – uma cratera de 98 quilómetros (61 milhas) perto do pólo sul – sugerem uma história de colisões de cometas.
Dito isto, a superfície da Lua nem sempre é extremamente fria. Na verdade, a temperatura varia drasticamente dependendo do tempo e da posição. O equador por volta do meio-dia está tão quente que poderia ferver água, enquanto os pólos ficam quase tão frios quanto o oxigênio líquido durante a noite. [5]
5 Sorvete de nitrogênio líquido
O sorvete comum é feito em freezers comerciais especializados que misturam leite, creme e açúcar em uma mistura suave e deliciosa. No entanto, alguns produtores gostam de fazer as coisas de maneira um pouco diferente. Eles começaram a experimentar adicionando produtos químicos ultrafrios à mistura. A produção de sorvete pode ser um processo demorado, mas usando nitrogênio líquido, os fabricantes podem produzir lote após lote em questão de minutos.
Um dos principais desafios dos produtores de sorvete é garantir que a mistura seja congelada o mais rápido possível. Quando os líquidos congelam durante um longo período de tempo, formam grandes cristais de gelo irregulares . Eles podem ser incríveis de serem vistos ao microscópio, mas tendem a estragar a textura do sorvete.
No entanto, o congelamento rápido com nitrogênio líquido dá origem a cristais muito menores. Isso dá ao sorvete aquela consistência suave e saborosa para realmente acertar o ponto. [6]
Este atraente feito da ciência está ganhando enorme popularidade em salões chiques e especializados e entre chefs que desafiam fronteiras. O sorvete ultrassuave é preparado em flocos de névoa branca e servido aos clientes que procuram aquela experiência moderna e pouco ortodoxa. Uma sala no Brooklyn chega ao ponto de colocar nitrogênio líquido também em seu chocolate quente.
4 Coquetéis de nitrogênio líquido
Já exploramos a nova tendência dos sorvetes com nitrogênio líquido, mas as experiências culinárias não se limitam às sobremesas lácteas . O nitrogênio líquido, que tem uma temperatura incrível de -196 graus Celsius (-320 °F), está sendo utilizado para uma infinidade de bons usos: branqueamento criogênico de vegetais, moagem de ervas congeladas, divisão de frutas em pequenas gotículas geladas e muito mais.
Alguns bartenders até entraram em ação, despejando produtos químicos abaixo de zero em suas bebidas para obter um efeito fascinante. Coquetéis de nitrogênio líquido produzem uma névoa branca e esfumaçada que paira sobre o copo, quase como um caldeirão de bruxa. Eles estão se mostrando uma novidade popular entre os foliões.
No entanto, essas bebidas da moda apresentam riscos potenciais.
Em 2012, uma britânica teve que passar por uma cirurgia para retirar parte do estômago após consumir a perigosa bebida. Gaby Scanlon, de 18 anos, precisou de uma gastrectomia após uma noitada no bar do Oscar em Lancaster, quando efetivamente submeteu seu interior a queimaduras de frio.
Os coquetéis criogênicos ficaram sob forte fogo após o incidente. A Associação Britânica de Gases Comprimidos disse que adicionar nitrogênio líquido a uma bebida é uma coisa “extremamente estúpida” de se fazer. [7]
3 Sobrevivência de animais resilientes
Sujeitas a condições extremamente frias, a grande maioria das criaturas conhecidas mal teria qualquer hipótese de sobrevivência, particularmente os mamíferos de sangue quente . Para os seres humanos, a hipotermia começa a ocorrer quando a temperatura corporal central cai abaixo de 35 graus Celsius (95 °F). Seu coração e outros órgãos internos não conseguem mais funcionar adequadamente. A exposição prolongada ao frio pode fazer com que eles desliguem completamente.
No entanto, existem algumas pequenas criaturas resilientes que podem sobreviver a temperaturas inimagináveis para nós, humanos. A mais impressionante é uma pequena sanguessuga parasita do Leste Asiático conhecida como Ozobranchus jantseanus . Pesquisadores japoneses descobriram que as sanguessugas podem suportar temperaturas de cerca de -196 graus Celsius (-320 °F) por até 24 horas.
Existem apenas duas outras criaturas que já sobreviveram a essas temperaturas – os ursos d’água e as larvas da mosca drosófila. No entanto, ambas as espécies só conseguiram sobreviver por uma hora.
Além disso, um lote inteiro de sanguessugas foi capaz de sobreviver nove meses inteiros armazenados a -90 graus Celsius (-130 °F) – apenas alguns graus acima da temperatura natural mais baixa já medida na Terra. Alguns deles conseguiram até 2,5 anos. [8]
Os cientistas continuam intrigados sobre a razão pela qual esta sanguessuga do Leste Asiático é tão adaptável ao frio extremo, especialmente porque normalmente nunca encontraria tais temperaturas na natureza. Se conseguirem encontrar a resposta, isso poderá ajudar a melhorar as técnicas de criopreservação.
2 Lesões serias
Embora algumas criaturas possam sobreviver durante horas a temperaturas bem abaixo de zero, a grande maioria de nós considera estas baixas temperaturas incrivelmente perigosas . Você pode pensar que o pior que uma pequena onda de frio intenso pode fazer é congelar sua língua em um poste de luz. Mas nestes extremos, mesmo uma breve exposição pode causar danos irreversíveis. Por exemplo, o nitrogênio líquido tem o potencial de congelar o tecido da pele ou o fluido ocular, o que pode causar queimaduras pelo frio, lesões oculares ou algo pior.
Na verdade, um uso particularmente imprudente de nitrogênio líquido colocou um homem em coma . No verão de 2013, a empresa de bebidas energéticas Jagermeister decidiu realizar uma festa promocional na piscina em Leon, no México. Para aumentar a atmosfera, os organizadores queriam que uma névoa pairasse sobre a piscina.
Quando o nitrogênio líquido ferve, produz uma incrível nuvem de névoa de nitrogênio. Assim, em vez de usar máquinas de neblina, os organizadores despejaram baldes e mais baldes de nitrogênio líquido na piscina. [9]
Os resultados foram desastrosos.
Embora os produtos químicos criogênicos definitivamente produzissem muita neblina, eles também hospitalizaram nove pessoas. Em vez de oxigênio, os nadadores começaram a respirar nas nuvens de névoa de nitrogênio que ondulavam sobre a piscina e começaram a asfixiar.
Os paramédicos tiveram que retirar as pessoas para um local seguro depois que vários nadadores desmaiaram, incluindo um homem de 21 anos que entrou em coma. Felizmente, todos os feridos na festa se recuperaram posteriormente.
1 Zero absoluto
De todas as temperaturas a serem exploradas nesta lista, o zero absoluto é a mais fria de todas. Na verdade, teoricamente falando, o zero absoluto é a temperatura mais baixa possível. Não há nada mais frio. As partículas em um gás no zero absoluto mal teriam um pingo de energia. Seu movimento seria puramente limitado a flutuações minúsculas causadas pela física quântica.
O zero absoluto é uma temperatura tão notável que os cientistas criaram uma escala de temperatura totalmente nova em 1954 para abordá-la adequadamente. Eles nomearam esta escala Kelvin (K) em homenagem ao físico irlandês Lord Kelvin.
Como o nome sugere, o zero absoluto corresponde a zero Kelvin (0 K), que se traduz em -273,15 graus Celsius (-459,67 °F). Já discutimos temperaturas uma mera fração de grau acima de 0 K na explicação dos condensados de Bose-Einstein.
Claro, vale ressaltar que o zero absoluto é uma temperatura puramente teórica. A Terceira Lei da Termodinâmica nos diz que seria necessário um trabalho infinito para atingir uma temperatura tão baixa. [10]
Dito isto, os cientistas que experimentam técnicas de resfriamento a laser conseguiram chegar notavelmente perto. Em 2015, físicos da Universidade de Stanford resfriaram uma nuvem de átomos de rubídio a 50 trilionésimos de grau acima de 0 K, a temperatura mais baixa já registrada.
À medida que estas técnicas de arrefecimento de ponta continuam a evoluir, os avanços na investigação baseada na temperatura parecem destinados a continuar a surgir. Na virada do século 20, o nitrogênio líquido era um desenvolvimento relativamente novo. Agora temos a tecnologia para fazer experiências em temperaturas próximas do zero absoluto. Quanto ao que os próximos 100 anos nos reservam, só o tempo dirá.
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