Leis da física sobre mistura de gases são postas em questão

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/03/2020

"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".

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