segunda-feira, 4 de janeiro de 2021

Energia em Sistemas confinados - II

No post anterior tratamos de uma analogia com Sistemas confinados, e utilizamos para isto a Família. 

Mas nossa preocupação, em termos de Sistemas, é com a Família ?

Não. Nossa preocupação é com os sistemas confinados que existem na ciência chamada Física. Tomemos como exemplo de sistema físico confinado concreto o átomo tradicional, com prótons, nêutrons e elétrons.

O Átomo, sistema confinado

O átomo é um "local familiar", onde o casal (pai e mãe) compõem o Núcleo Familiar, e os filhos são os elétrons. O Pai pode ser um Próton e a mãe um Nêutron, por exemplo (não vamos entrar em detalhes que possam provocar perguntas que nada tem a ver com as partículas fundamentais).

O Átomo, num determinado momento (a manhã do dia de aula), recebe uma quantidade definida de energia, e um de seus elétrons mais externos (um filho em idade de prestar exame vestibular) tende a se AFASTAR do núcleo familiar. No momento em que a energia é suficiente para isto, este elétron salta para o próximo orbital (o filho chega à cozinha, para tomar o seu café). Mais uma quantidade de energia, e o elétron pode superar o último orbital deste átomo, para poder se combinar a átomos vizinhos ou liberar um fóton de energia, voltando à sua posição fronteiriça do átomo de origem, ou até à sua posição original, no seu orbital convencionado.

Estranho e engraçado que neste Sistema Físico real é mais difícil entender porque um elétron continua no seu lugar energético, sem ser atraído pelo núcleo dominado por cargas positivas. Por que isto não acontece ?

O Quanta

O elétron, em cada átomo, só pode assumir órbitas definidas. Não pode ficar em 1/2 órbita e nem em um 1/3 de órbita. E existe um mínimo de energia possível que o elétron pode assumir. E este mínimo também não é fracionável, impossibilitando que ele "colapse" para o núcleo. Isto se expressa no afastamento mínimo (falamos de Afastamento no post anterior) que o elétron da primeira camada da eletrosfera é obrigado a observar. Para fins de analogia, usemos um campo de futebol. Se o núcleo do átomo for o centro do campo, a eletrosfera só começará nas arquibancadas. O início da arquibancada é o afastamento mínimo observado pelos elétrons, devido à energia mínima que ele tem. Esta quantidade é o menos quanta que um elétron pode conter. 

Como assim um mínimo ? Pense por oposição. Você já foi condicionado a aceitar a velocidade da Luz como a velocidade máxima que um sistema ou partícula fundamental pode atingir. Então aceite que pode existir uma energia mínima, não fracionável, pois assim é o Universo em que vivemos.

Se não existisse um Quanta, as paredes de seu quarto ficariam encolhendo e expandindo aleatoriamente, de acordo com a energia que estivesse transitando pela sua casa. Seus braços ficariam inchando e encolhendo aleatoriamente, as cadeiras, mesas e demais objetos, num espetáculo de terror. O mundo seria impossível de se viver. Objetos não teriam comprimentos definidos. Viveríamos num caos físico.

Conclusão

Osa Sistemas físicos confinados tem uma ordem definida e o Universo se baseia em princípios que possibilitam perceber sua organização.

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