Questão:
História inicial do conceito de fase nas ciências físicas
Semiclassical
2014-10-29 19:16:47 UTC
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Uma das primeiras distinções encontradas na educação científica é que as substâncias podem assumir diferentes estados da matéria: por exemplo, a água pode ser encontrada como um líquido, como um sólido (gelo) ou como um gás (vapor de água).

Este conceito torna-se gradualmente mais e mais sofisticado: o estado reflete as variáveis ​​macroscópicas do problema (por exemplo, pressão, temperatura), diferentes substâncias têm diferentes diagramas de fase, diferentes fases podem coexistir sob certas condições, etc. não é surpreendente que o conceito de fase seja central para a ciência moderna e, em particular, nossas tentativas de descobrir / criar / compreender novas formas de matéria. (A maioria das discussões sobre supercondutividade de alta temperatura, por exemplo, gira em torno de tentar obter uma compreensão teórica dos diagramas de fase observados de vários materiais.)

Para o propósito desta pergunta, no que estou especificamente interessado in é a história inicial do conceito de fase e quais referências estão disponíveis sobre o assunto. Por exemplo, aproximadamente quando os seres humanos reconheceram que água líquida, gelo sólido e vapor d'água podem ser entendidos como diferentes estados da mesma substância?

Toda a história intelectual me parece ampla demais, creio que se poderia escrever um livro sobre isso. Haverá um salto especialmente grande das fases usuais (sólida, líquida, gasosa) para estados mais exóticos (por exemplo, fase de condução / isolamento na física da matéria condensada). Você poderia se concentrar em algum aspecto particular de tudo isso?
@OndřejČernotík: Eu estava tentando fazer isso com a última frase (na verdade, essa pergunta de despedida foi o que me fez pensar sobre isso). Mas posso me concentrar mais.
@OndřejČernotík: Eu editei o último parágrafo e o título um pouco para focar a questão no início da história. Avise-me se ainda estiver muito amplo.
É apenas minha opinião. Vamos esperar para ver o que os outros pensam. Eu certamente prefiro o texto atual ao original.
Um responda:
#1
+7
Felix
2014-10-29 23:44:13 UTC
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Presumivelmente, o reconhecimento de que água, gelo e vapor são estados diferentes da mesma substância remonta aos tempos pré-históricos: por ex. fervendo água sobre um fogo ou observando o derretimento do gelo.

A história inicial do diagrama de fase na física está ligada a Gibbs, Maxwell e van der Waals: a equação de van der Waals (1873) implica que lá são as fases líquida e gasosa coexistentes abaixo da temperatura crítica em gases reais. Van der Waals recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1910 por este trabalho.

Maxwell, baseado no trabalho de Gibbs, construiu um gráfico tridimensional das variáveis ​​volume, entropia e energia para uma dada pressão e temperatura (1874). Ele não construiu exatamente um diagrama de fases da água, mas "... modelou uma substância fictícia, na qual o volume é maior quando sólido do que líquido; e na qual, como na água, o vapor saturado torna-se superaquecido por compressão."

Eu me pergunto um pouco sobre o primeiro parágrafo. Certamente, observações como "se o gelo for exposto ao calor, verei a água" devem ser muito antigas. Mas eles os reconheceram como ainda a mesma _substância_? Isso parece um obstáculo conceitual maior.
@Semiclassical Concordo que 'substância' no sentido de uma composição química bem definida é bastante recente. Talvez "matéria" seja o melhor termo. A identificação da água com "duas partes de hidrogênio, uma parte de oxigênio" data de 1805 por J.L. Gay-Lussac e A. von Humboldt.
É essa obscuridade conceitual inicial que me interessa, no entanto. Também me pergunto sobre os experimentos usados ​​para confirmá-lo; por exemplo, evaporar uma panela com água, capturar o vapor e vê-lo se condensar novamente em líquido. Da mesma forma com o gelo: quando viram um lago congelar e finalmente descongelar, foi reconhecido que o gelo era apenas uma forma diferente de água? Embora essa história pareça difícil de definir ...
@Semiclassical Posso responder à primeira parte da sua pergunta: a água destilada é conhecida pelo menos desde que Alexandre de Afrodisias descreveu o processo de destilação, por volta de 200 DC. http://en.wikipedia.org/wiki/Distillation
Ah, obrigado. Imagino que esses tipos de registros "tecnológicos" sejam mais relevantes para essa questão do que evidências "experimentais". Por exemplo, acho que a prática da metalurgia e do forjamento (com seu derretimento e resfriamento da matéria sólida) provavelmente teria dado alguma impressão, por mais confusa que seja, quanto à distinção entre o estado e a substância.


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