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Mecânica

Leis da física sobre mistura de gases são postas em questão

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/03/2020

Leis da física sobre mistura de gases são postas em questão
"Nosso estudo descobriu que as leis clássicas usadas para prever as propriedades da mistura de gases não funcionam em uma situação bastante comum e importante na prática."
[Imagem: CC0 Public Domain/Pixabay]

Leis de Dalton e Amagat

Leis da física ensinadas há séculos sobre o comportamento das misturas de gases não se aplicam na presença de ondas de choque.

E gases se misturando na presença de ondas de choque ocorrem o tempo todo, por exemplo, dentro dos motores a combustão dos carros, nas turbinas dos aviões, em reatores industriais e uma infinidade de etcéteras.

O que Patrick Wayne e seus colegas da Universidade do Novo México descobriram é que as leis da física conhecidas não nos permitem explicar esses fenômenos com a precisão que se supunha.

Em 1802, o físico inglês John Dalton formulou a "lei das pressões aditivas" (ou parciais), estabelecendo que a pressão total em uma mistura de gases não-reativos - temperatura e volume constantes - é igual à soma das pressões parciais dos gases componentes.

Em 1880, o físico francês Émile Hilaire Amagat publicou suas descobertas sobre a compressibilidade de diferentes gases. Sua "lei de volumes parciais" estabelece que o volume total de uma mistura de gases é igual à soma dos volumes parciais que cada gás ocuparia se existisse sozinho à temperatura e pressão da mistura.

Wayne resolveu testar tudo isso com a precisão que os equipamentos atuais permitem. Para ver bem qualquer diferença, ele usou dois gases com propriedades bem diferentes: hélio, muito leve, e hexafluoreto de enxofre, que é pesado e viscoso. A equipe caracterizou as propriedades da mistura resultante, que concordou bem com as teorias clássicas.

Eles então introduziram uma onda de choque, e mediram a temperatura e a pressão do meio a intervalos de poucos milissegundos. Foi aí que as teorias foram reprovadas.

Procura-se nova teoria

O que se verificou é que nem a temperatura e nem a pressão após a compressão induzida pela onda de choque se alinham com o que seria esperado das previsões de qualquer uma das duas leis teóricas clássicas, nem a de Dalton e nem a de Amagat.

"Nosso estudo descobriu que as leis clássicas usadas para prever as propriedades da mistura de gases não funcionam em uma situação bastante comum e importante na prática," resumiu o professor Vladimir Vorobev.

A equipe sugere que a teoria da cinética molecular pode oferecer uma primeira explicação qualitativa para os dados observados, mas isso não é o suficiente para explicar os fenômenos. Explicações mais completas poderão levar a alterações no projeto de mecanismos importantes, como os motores a combustão, quando se levar em consideração como as ondas de choque afetam as propriedades da mistura de gases.

"Nosso trabalho mostrou que a teoria clássica da mistura de gases não funciona em fluxos acelerados por ondas de choque e possivelmente em outros fluxos compressíveis," disse Vorobieff. "Precisamos realizar experimentos com mais misturas de gases e uma gama mais ampla de condições para explorar o escopo do problema e desenvolver uma teoria explicando nossas observações".

Bibliografia:

Artigo: Dalton’s and Amagat’s laws fail in gas mixtures with shock propagation
Autores: Patrick Wayne, Sean Cooper, Dylan Simons, Ignacio Trueba-Monje, Daniel Freelong, Gregory Vigil, Peter Vorobieff, C. Randall Truman, Vladimir Vorobev, Timothy Clark
Revista: Science Advances
Vol.: 5, no. 12, eaax4749
DOI: 10.1126/sciadv.aax4749






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