ED física

1 INTRODUÇÃO

Originalmente, o termo "entropia" foi primeiramente usado em 1850 pelo físico alemão Rudolf Julius Emmanuel Clausius (1822-1888).

Para caracterizar a entropia, vamos partir de uma renomada autoridade, o físico Enrico Fermi, um dos pais da bomba atômica. Em seu livro (Thermodynamics), ele define a primeira lei da termodinâmica:

"A primeira lei da termodinâmica é essencialmente a afirmação do princípio de conservação da energia para sistemas termodinâmicos. Como tal, pode ser expressa do seguinte modo: 'A variação de energia num sistema durante qualquer transformação é igual à quantidade de energia que o sistema troca com o ambiente'. Esta primeira lei não coloca limitações sobre as possibilidades de transformação de energia de uma forma para outra".

E a segunda lei da termodinâmica impõe grandes limitações: "É impossível uma transformação cujo resultado final seja transformar em trabalho todo o calor extraído de uma fonte".

O primeiro princípio estabelece que a energia não pode ser criada nem aniquilada. Historicamente o primeiro princípio causou tanta oposição e resistência para ser aceito, porque havia o ideal de construir uma máquina que pudesse efetuar trabalho sem consumir energia.

O segundo princípio indica que, com o tempo, dispomos sempre menos de energias utilizáveis. Ou, resumindo: "a energia total do universo é constante e a entropia (a desordem) total está em contínuo aumento".

Há ainda um terceiro princípio - o do equilíbrio - que indica que dois corpos - ambos em equilíbrio térmico com um terceiro - se colocados em contato, encontram-se em equilíbrio entre si.

A partir das leis da termodinâmica busca-se explicar o conceito de “entropia”.

2 DESENVOLVIMENTO

2.1 Definição

O conceito de entropia é ligado a dois conceitos de processos, que são os processos reversíveis e os irreversíveis. Um processo reversível é aquele que o seu sistema permite que, após a aplicação de uma força ou trabalho, ele retorne ao seu estado inicial. Já o processo irreversível é aquele que não possui essa versatilidade, ou seja, seu sistema não permite que ele retorne ao seu estado original após a aplicação de uma força ou trabalho.

Se tratando de partículas, sabe-se que a mudança de temperatura altera o estado de agitação das moléculas, a entropia nada mais é do que a medida de desordem dessas partículas. Quanto maior a organização, menor a entropia. A mesma é uma característica do estado termodinâmico, assim como uma energia interna. Essa desordem tem a ver com a espontaneidade de um processo físico. Se a entropia aumenta, quer dizer que o processo é espontâneo.

2.2 Variação de Entropia

Pode-se definir a variação na entropia de duas maneiras, sendo a primeira pelos termos da temperatura do sistema e da energia que ele ganha ou perde em forma de calor, e contando as maneiras nas quais os átomos ou moléculas se arranjam.

Rudolf Clausius foi quem utilizou a ideia de entropia pela primeira vez em 1865, definindo sua variação pelo seguinte sistema:

2.2.1 Casos particulares

2.2.1.1 Transformação adiabática reversível

Em uma transformação adiabática reversível o sistema não troca calor com o ambiente e, portanto: