Entropia

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA

ALUNA: JÉSSICA BARBIERI GENTILE

PROFESSOR: PAULO ROMEU

TERMODINÂMICA I

1. ENTROPIA COMO PROPRIEDADE DE UM SISTEMA

A entropia de um sistema é uma propriedade extensiva, também chamada de entropia total. A entropia por unidade de massa, ou seja, entropia específica, é uma propriedade intensiva. O termo entropia costuma ser usado para se referir tanto à entropia total como à entropia específica.

Define-se na verdade, a variação de entropia ao invés da entropia propriamente dita. A entropia é uma propriedade e, assim como todas as outras, possui um valor fixo em um estado fixo. Desse modo, a variação de entropia entre dois estados especificados é a mesma independente da trajetória que é seguida durante um processo.

Esta propriedade é gerado ou criada durante um processo irreversível e essa geração deve-se à presença de irreversibilidades. O princípio de aumento de entropia diz que a entropia de um sistema isolado durante um processo sempre aumenta, ou no caso-limite de um processo reversível, permanece constante.

Sendo uma propriedade extensiva, a entropia total de um sistema é igual à soma das entropias das partes do sistema. Um sistema isolado pode ser formado por um número qualquer de subsistemas. Um sistema e sua vizinhança, por exemplo, constituem um sistema isolado, uma vez que ambos podem ser envolvidos por uma fronteira arbitrária suficientemente grande através da qual não há transferência de calor, realização de trabalho ou fluxo de massa. Portanto, um sistema e sua vizinhança podem ser visos como dois subsistemas de um sistema isolado, e a variação da entropia do sistema e de sua vizinhança, que é igual à geração de entropia, já que em um sistema isolado não há transferência de entropia.

Como nenhum processo real é reversível, podemos concluir que alguma entropia é gerada durante um processo e, portanto, a entropia do universo, que pode ser considerado um sistema isolado, está aumentando continuamente. Quanto mais irreversível for um processo, maior será a entropia gerada.. Nenhuma entropia é gerada durante processos reversíveis.

Sabe-se que na natureza as coisas têm tendência de mudar até atingirem um estado de equilíbrio. O aumento da entropia diz que a entropia de um sistema isolado aumenta até que a entropia do sistema atinja um valor máximo. Nesse ponto, dizemos que o sistema atingiu um estado de equilíbrio, uma vez que o princípio do aumento da entropia proíbe o sistema de passar por qualquer mudança de estado que resulte em uma diminuição da entropia.

A entropia é uma propriedade que não se conserva, e não existe um princípio de conservação de entropia. A entropia é conservada apenas em processos reversíveis idealizados e aumenta durante todos os processos reais.

O desempenho dos sistemas de engenharia é degradado pela presença de irreversibilidades, e a geração de entropia é uma medida das magnitudes das irreversibilidades presentes durante um processo. Quanto mais graves forem as irreversibilidades, maior será a geração de entropia.

1. INTERPRETAÇÃO FÍSICA PARA ENTROPIA

A entropia pode ser vista como uma propriedade da desordem molecular ou da aleatoriedade molecular. À medida que um sistema fica mais desordenado, as posições das moléculas tornam-se menos previsíveis e a entropia aumenta. Assim não é surpreendente que a entropia de uma substância seja mais baixa na fase sólida e mais alta na fase gasosa. Na fase sólida as moléculas de uma substância oscilam continuamente em torno de suas posições de equilíbrio, mas não podem se mover entre si, e suas posições de um dado instante podem ser determinadas com relativa precisão. Na fase gasosa, as moléculas se movem aleatoriamente, colidem umas com as outras e mudam de direção tornando extremamente difícil prever de maneira precisa o estado microscópio de um sistema em um determinado instante. Um alto valor de entropia está então relacionado ao caos molecular.

A medida que a temperatura diminui as moléculas se tornam imóveis no zero absoluto. Isso representa um estado de ordem molecular e energia mínima definitiva. Assim, a entropia de uma substância cristalina pura à temperatura zero absoluto é zero, uma vez que não há incerteza sobre o estado das moléculas naquele instante. A entropia determinada com relação a esse ponto é chamada de entropia absoluta. Mas, a entropia de uma substância que não é cristalina e pura (como uma solução sólida) não é zero à temperatura de zero absoluto. Isso acontece porque existe mais de uma configuração molecular para tais substâncias, tendo alguma incerteza sobre o estado microscópico da substância.

Qualquer sistema físico que evolua no tempo sem influência de forças externas tende a agir de modo a aumentar sua entropia.

Na ausência de atrito, a elevação de um peso girando um eixo não cria nenhuma desordem (entropia) e não há degradação de energia durante o processo. A quantidade de energia é sempre preservada durante um processo, mas a qualidade deve diminuir. Essa diminuição da qualidade é sempre acompanhada do aumento da entropia.

Processos só podem ocorrer na direção em que aumenta a entropia global ou na direção da desordem molecular. Ou seja, todo o universo está ocorrendo na direção para um caos cada dia maior.

1. ENTROPIA E O TEMPO

A segunda lei da termodinâmica diz que os processos naturais tendem a se mover em direção a um aumento de entropia. Já sabemos que entropia mede o nível de desordem ou aleatoriedade de um sistema, e os processos naturais tendem a causar mais desordem. Até mesmo um organismo altamente organizado resulta em mais entropia no seu ambiente durante  sua criação e existência. Os seres humanos são claramente evoluídos e organizados, mas criamos muitos resíduos e desordem ao nosso ambiente no sentido físico, ou seja, aumentamos a entropia do universo.

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