Descoberta uma exceção às leis da termodinâmica

Mec?nica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/04/2025

Contestando a termodin?mica

Anthony Raykh, um estudante de gradua??o da Universidade de Massachusetts, nos EUA, fez uma descoberta que n?o apenas marcar? sua carreira, mas tamb?m entrar? para os anais da ci?ncia: Ele descobriu uma exce??o ?s leis da termodin?mica.

E a descoberta envolve a termodin?mica cl?ssica, aquela que descreve as trocas de energia nos sistemas f?sicos, qu?micos e biol?gicos, o que ? fundamental para diversas ?reas da ci?ncia e da engenharia, como o desenvolvimento de motores, refrigera??o, produ??o de energia e rea??es qu?micas - o maior interesse atualmente est? no outro lado do espectro, na tentativa de unifica??o da termodin?mica com a teoria qu?ntica, al?m da conex?o entre a termodin?mica e a computa??o.

Ao fazer experimentos envolvendo a mistura de fluidos, Raykh descobriu o que ele batizou de "l?quido com recupera??o de forma", uma mistura inusitada que desafia tudo o que seria de se esperar com base nas leis da termodin?mica.

"Imagine seu molho de salada italiano favorito. Ele ? feito de ?leo, ?gua e temperos, e antes de voc? despej?-lo na sua salada, voc? o agita para que todos os ingredientes se misturem," exemplifica o professor Thomas Russell, coordenador do estudo. S?o esses temperos, esses pequenos peda?os de outra coisa, que permitem que ?gua e ?leo, que normalmente s?o imisc?veis, se misturem, um processo chamado emulsifica??o e que ? descrito pelas leis da termodin?mica.

Embora Raykh n?o estivesse preparando molhos de salada, ele usou o mesmo princ?pio para tentar misturar ?leo, ?gua e part?culas magnetizadas. A surpresa veio quando a emuls?o resultante se comportou do modo totalmente an?malo, um modo que n?o obedece ?s leis da termodin?mica.

Emuls?o magn?tica

? poss?vel produzir materiais com propriedades muito interessantes usando part?culas magn?ticas, de ?m?s l?quidos e novos sensores de campos magn?ticos at? nanotecnologias para lidar com derramamentos de petr?leo.

A surpresa veio quando os pesquisadores decidiram usar part?culas magnetizadas de n?quel. "Em uma surpresa completa, a mistura formou esta bela e imaculada forma de urna. N?o importa quantas vezes ou qu?o forte ela fosse sacudida, a forma de urna sempre retornava. Eu pensei 'o que ? isso?' Ent?o, eu andei para cima e para baixo pelos corredores [da universidade] batendo nas portas dos meus professores, perguntando se eles sabiam o que estava acontecendo," contou Raykh.

Uma emuls?o ilustra aspectos importantes das leis da termodin?mica, especialmente em rela??o ? segunda lei e aos conceitos de energia livre e entropia. No molho de salada, por exemplo, um aporte externo de energia faz os ingredientes se agruparem, uma organiza??o que, embora n?o seja a mais est?vel, possui uma certa estrutura. Deixado em repouso, por?m, haver? um aumento da desordem, com o sistema tendendo a uma condi??o mais est?vel termodinamicamente, com as mol?culas de ?leo e ?gua tendendo a se separar novamente. Ou seja, a instabilidade de uma emuls?o ilustra a segunda lei da termodin?mica, mostrando a tend?ncia natural dos sistemas isolados a evolu?rem para estados de maior entropia.

O problema ? que a emuls?o magn?tica de Raykh produz um formato curioso e inusitado e que, mais importante, ? est?vel.

Tens?o na interface

Como nenhum professor encontrou uma explica??o, eles formaram uma equipe e come?aram a fazer simula??es para tentar entender e explicar o fen?meno. E a explica??o est? justamente no magnetismo.

"Quando voc? olha bem de perto as nanopart?culas individuais de n?quel magnetizado que formam a fronteira entre a ?gua e o ?leo, voc? pode obter informa??es extremamente detalhadas sobre como diferentes formas se montam," explica o professor David Hoagland. "Neste caso, as part?culas s?o magnetizadas fortemente o suficiente para que sua montagem interfira no processo de emulsifica??o, que as leis da termodin?mica descrevem."

Normalmente, part?culas adicionadas a uma mistura de ?leo e ?gua diminuem a tens?o na interface entre os dois l?quidos, permitindo que eles se misturem. Mas, e esta ? a grande novidade, part?culas que s?o magnetizadas com intensidade suficiente agem de modo oposto, aumentando a tens?o interfacial, curvando suavemente a fronteira entre o ?leo e a ?gua, o que explica o formato observado por Raykh.

Embora ainda n?o vislumbre nenhuma aplica??o para sua descoberta, Raykh est? animado para descobrir como esse estado nunca antes visto pode influenciar o emergente campo da f?sica da mat?ria mole, que j? envolve de sensores e materiais de aplica??o biom?dica at? os rob?s macios.

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