Torr

Definição Formal

O torr (símbolo: Torr) é uma unidade de pressão definida como exatamente 1/760 de uma atmosfera padrão. Como uma atmosfera padrão é igual a 101.325 pascals, um torr é exatamente 101.325/760 pascals, ou aproximadamente 133.322 Pa. O torr é nomeado em homenagem a Evangelista Torricelli, o físico italiano que inventou o barômetro de mercúrio em 1643.

O torr é muito próximo de um milímetro de mercúrio (mmHg), mas as duas unidades não são idênticas. Um mmHg é definido como a pressão exercida por uma coluna de 1 mm de mercúrio a 0°C sob a aceleração gravitacional padrão, que é aproximadamente 133.322 387 415 Pa. Um torr é exatamente 133.322 368 421 Pa. A diferença é menor que 0.000015% — insignificante para todos os fins práticos — mas existe porque o torr é definido algebricamente (1/760 atm), enquanto o mmHg é definido fisicamente.

Domínio Principal

O torr é usado principalmente na ciência do vácuo, onde serve como uma unidade conveniente para pressões bem abaixo da atmosférica. A pressão atmosférica é igual a 760 Torr, e sistemas de vácuo normalmente operam na faixa de centenas de torr até 10⁻¹⁰ Torr ou menos. A ampla faixa dinâmica do torr e sua associação histórica com a tecnologia de vácuo o tornaram a unidade dominante neste campo.

Nomeado em Homenagem a Torricelli

A unidade é nomeada em homenagem a Evangelista Torricelli (1608-1647), um matemático e físico italiano que estudou sob Galileo Galilei nos últimos meses da vida de Galileo. A maior contribuição de Torricelli foi a invenção do barômetro de mercúrio em 1643, que demonstrou que a atmosfera exerce pressão mensurável. O nome da unidade "torr" foi proposto pela Organização Internacional de Normalização (ISO) em 1950 e tem sido de uso comum desde então.

Pronúncia e Plural

O torr é pronunciado para rimar com "bore" ou "more." O plural de torr é "torr" — não "torrs." Isso segue a convenção para unidades nomeadas em homenagem a pessoas: um torr, dois torr, 760 torr. O símbolo é "Torr" com T maiúsculo, seguindo a convenção de que símbolos de unidades derivadas de nomes próprios começam com letra maiúscula.

Barômetro de Torricelli

Em 1643, Evangelista Torricelli encheu um tubo de vidro (aproximadamente 1 metro de comprimento, selado em uma extremidade) com mercúrio, inverteu-o em uma tigela de mercúrio e observou que a coluna de mercúrio caiu para aproximadamente 760 mm. O espaço acima do mercúrio — agora chamado de vácuo de Torricelli — foi um dos primeiros vácuos artificiais já criados. Torricelli concluiu corretamente que a atmosfera empurra o mercúrio na tigela, sustentando a coluna, e que a altura da coluna mede a pressão atmosférica.

Torricelli escreveu a seu amigo Michelangelo Ricci: "Vivemos no fundo de um oceano de ar." Esta descrição poética capturou uma percepção revolucionária — a atmosfera tem peso, e sua pressão pode ser medida. O experimento de Torricelli resolveu décadas de debate sobre por que as bombas de sucção não podiam elevar água mais do que aproximadamente 10 metros, uma limitação que intrigou engenheiros desde a antiguidade.

Desenvolvimento da Ciência do Vácuo

O torr tornou-se a unidade natural para a ciência do vácuo à medida que o campo se desenvolveu. As primeiras bombas de vácuo, desenvolvidas por Otto von Guericke (1654) e Robert Boyle (1659), eram rudimentares pelos padrões modernos, mas podiam reduzir a pressão para alguns torr. No final do século XIX, as bombas de deslocamento de mercúrio de Heinrich Geissler alcançaram pressões abaixo de 0.01 Torr, possibilitando a descoberta de raios catódicos e raios-X. Bombas turbomoleculares modernas e bombas iônicas podem alcançar pressões abaixo de 10⁻¹¹ Torr.

Formalização

O torr foi formalmente adotado como uma unidade de pressão pela ISO em 1950, definido como 1/760 de uma atmosfera padrão. Esta definição foi escolhida para fazer 760 Torr igual exatamente a 1 atm, simplificando a convenção de longa data de medir a pressão atmosférica como "760 mm de mercúrio." A unidade tem sido endossada por organizações científicas em todo o mundo e continua a ser a unidade de pressão dominante na ciência do vácuo.

Sistemas de Vácuo

O torr é a unidade padrão na tecnologia de vácuo na maior parte do mundo (com o milibar usado como uma alternativa em algumas aplicações europeias). As bombas de vácuo são classificadas pela sua pressão final em torr: bombas de palhetas rotativas alcançam 10⁻³ Torr, bombas turbomoleculares alcançam 10⁻¹⁰ Torr, e criopumps alcançam 10⁻¹² Torr. Manômetros de vácuo — Pirani, Penning, manômetro iônico e manômetro de capacitância — todos exibem pressão em torr.

Fabricação de Semicondutores

A indústria de semicondutores depende fortemente de sistemas de vácuo e utiliza o torr extensivamente. Processos de deposição de vapor químico (CVD) operam a 0.1-10 Torr. A deposição de vapor físico (PVD/sputtering) requer 10⁻³-10⁻² Torr. Câmaras de implantação iônica operam a 10⁻⁶-10⁻⁵ Torr. Receitas de processos em fábricas de semicondutores especificam pressões em torr ou militorr (mTorr).

Deposição de Filmes Finos

Tecnologias de revestimento — desde revestimentos anti-reflexo em óculos até revestimentos decorativos em relógios — utilizam deposição a vácuo em pressões medidas em torr. A evaporação térmica opera a 10⁻⁵-10⁻⁶ Torr. A evaporação por feixe eletrônico requer pressões semelhantes. Sputtering por magnetron opera a 1-10 mTorr.

Pesquisa Científica

Aceleradores de partículas, ciência de superfícies e espectrometria de massas operam em condições de vácuo medidas em torr. O Grande Colisor de Hádrons no CERN opera a pressões abaixo de 10⁻¹⁰ Torr em seu tubo de feixe. Instrumentos de análise de superfície (XPS, AES, STM) requerem ultra-alto vácuo abaixo de 10⁻⁹ Torr para manter as superfícies limpas durante a análise.

Lâmpadas e Tubos de Vácuo

Lâmpadas incandescentes contêm gás inerte a pressão reduzida, tipicamente 500-700 Torr (um pouco abaixo da atmosférica). A pressão reduzida diminui a perda de calor por convecção do filamento. Tubos fluorescentes contêm vapor de mercúrio a aproximadamente 0.003-0.01 Torr. Letreiros de néon operam a 1-20 Torr — a pressão exata afeta o brilho e a cor do brilho.

Embalagem de Alimentos

Embalagens de alimentos a vácuo removem o ar para pressões de aproximadamente 10-50 Torr, prolongando a vida útil ao reduzir a oxidação e o crescimento microbiano. A liofilização de alimentos como café instantâneo e sorvete de astronauta envolve a redução da pressão para aproximadamente 0.1-1 Torr enquanto o produto está congelado, fazendo com que o gelo sublime diretamente para vapor.

Pressão Arterial

Embora normalmente expressa em mmHg em vez de torr, as medições de pressão arterial são numericamente equivalentes em ambas as unidades. A pressão arterial normal de 120/80 mmHg é essencialmente 120/80 Torr. Esfigmomanômetros (braçadeiras de pressão arterial) historicamente usaram colunas de mercúrio, medindo diretamente a pressão em mmHg, embora dispositivos digitais modernos calculem os mesmos valores eletronicamente.

Frascos Térmicos

Recipientes isolados a vácuo (frascos Dewar, garrafas térmicas) mantêm um vácuo de aproximadamente 10⁻³-10⁻⁴ Torr entre suas paredes duplas. Este vácuo reduz drasticamente a transferência de calor por condução e convecção, mantendo bebidas quentes quentes e bebidas frias frias por horas. A superfície interna prateada minimiza a transferência de calor radiante.

Ciência de Superfícies

A ciência de superfícies requer condições de ultra-alto vácuo (UHV) abaixo de 10⁻⁹ Torr para estudar superfícies limpas. A pressão atmosférica (760 Torr), uma superfície metálica limpa se torna coberta com uma monocamada de moléculas de gás em aproximadamente 3 nanosegundos. A 10⁻⁶ Torr, isso leva cerca de 1 segundo. A 10⁻¹⁰ Torr, leva cerca de 3 horas — tempo suficiente para realizar uma análise de superfície detalhada. Essa relação entre pressão e taxa de contaminação da superfície impulsiona a necessidade de vácuo extremo na ciência de superfícies.

Espectrometria de Massas

Espectrômetros de massas requerem condições de vácuo para que feixes iônicos viajem sem colidir com moléculas de gás de fundo. Espectrômetros de massas quadrupolares operam a 10⁻⁵-10⁻⁶ Torr. Instrumentos de tempo de voo (TOF) requerem 10⁻⁶-10⁻⁸ Torr. Espectrômetros de massas FT-ICR, que aprisionam íons por períodos prolongados, requerem pressões abaixo de 10⁻⁹ Torr.

Física de Plasma

Processamento de plasma — usado na gravação de semicondutores, limpeza a plasma e pesquisa de fusão — especifica condições em torr. A gravação a plasma opera a 0.01-1 Torr. CVD aprimorado por plasma opera a 0.1-10 Torr. Reatores de fusão requerem vácuo inicial abaixo de 10⁻⁸ Torr antes da ignição do plasma.

Simulação Espacial

Câmaras de simulação espacial replicam o vácuo do espaço para testar espaçonaves e instrumentos. A pressão em órbita baixa da Terra é aproximadamente 10⁻⁷ Torr. O espaço interplanetário é cerca de 10⁻¹⁴ Torr. Câmaras de simulação espacial alcançam 10⁻⁷-10⁻¹⁰ Torr, combinadas com ciclagem térmica e simulação de radiação solar, para testar equipamentos antes do lançamento.