- O que é a Entropia?
- Qual é a Terceira Lei da Termodinâmica?
- Importância da terceira lei da termodinâmica
A terceira lei da termodinâmica afirma que à medida que a temperatura de um sistema se aproxima do zero absoluto, sua entropia se torna constante, ou a mudança na entropia é zero. A terceira lei da termodinâmica prevê as propriedades de um sistema e o comportamento da entropia em um ambiente único conhecido como temperatura absoluta.
A entropia de um sistema limitado ou isolado torna-se constante à medida que sua temperatura se aproxima da temperatura absoluta (zero absoluto).
A termodinâmica é um dos ramos mais importantes e amplamente estudados da ciência física. Além de atormentar os estudantes de engenharia mecânica durante a maior parte de suas vidas acadêmicas, sua ubiqüidade é vista desde a brisa fria do meu ar condicionado até um dos pináculos da era industrial – o motor a vapor. Sua implementação é regida por três leis, que são conhecidas como as Leis da Termodinâmica. As leis definem como o trabalho, o calor e a energia afetam um sistema. Um sistema é qualquer região do Universo que está finitamente delimitada através da qual a energia é transferida. Tudo fora deste limite é o seu entorno.
Ilustração de um sistema em termodinâmica. (Crédito Fotográfico : Wavesmikey / Wikipedia Commons)
O que é a Entropia?
Embora a primeira lei da termodinâmica implique que o Universo começou com a energia utilizável finita, onde um sistema que extrai energia irá gastá-la em parte no trabalho e em parte através do aumento da sua temperatura interna, a segunda lei explora as suas implicações. Isto inclui a conversão desta energia utilizável finita em energia inutilizável; por exemplo, a formação de matéria que ocorreu há milhares de milhões de anos atrás devido à condensação de energia com que o Universo começou. Neste processo, a energia finita utilizável é agora convertida em energia inutilizável.
Esta energia inutilizável é medida por algo chamado “Entropia”, um barómetro para medir aleatoriedade ou desordem num sistema.
Ilustração da entropia como um aumento da desordem.
O Universo é como uma sala cheia de roupa que está deitada de forma desorganizada. A entropia deste sistema aumenta à medida que mais e mais roupas são usadas e descartadas, complementando a bagunça, a menos que o habitante faça um esforço para pegá-las e organizá-las, o que reduz esta desordem.
Considerando o Universo como um só sistema, não há nada ao seu redor para se obter energia, então com toda a sua energia convertida em energia inutilizável, tudo o que é deixado para trás é um lugar frio, escuro. Isto é chamado de morte por calor e é uma das maneiras que o Universo poderia terminar. Um sistema limitado como o nosso Universo possui fontes finitas de energia, tais como as suas estrelas brilhantes, que ardem durante eras antes de se renderem às leis cruéis da natureza.
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Qual é a Terceira Lei da Termodinâmica?
A terceira lei da termodinâmica prevê as propriedades de um sistema e o comportamento da entropia num ambiente único conhecido como temperatura absoluta. A temperatura absoluta é a temperatura mais baixa conhecida e estabelece um limite inferior para o intervalo de temperatura do Universo.
Quão frio é isso! Não, a sério, quão frio é isso? A temperatura absoluta é de 0 Kelvin, a unidade padrão de temperatura ou -273,15 graus Celsius! A temperatura absoluta também é conhecida como zero absoluto em alguns círculos e países. Esta escala lhe dará uma idéia.
A terceira lei diz que à medida que a temperatura de um sistema se aproxima do zero absoluto, sua entropia se torna constante, ou a mudança na entropia é zero.
A afirmação é representada por esta equação, onde T se assemelha à temperatura e delta S é a mudança na entropia do sistema. A denotação “tende a zero” representada por uma seta apontando para zero implica que à medida que a temperatura diminui para um valor infinitesimal, o sistema atinge uma entropia constante ao retirar energia do seu ambiente, mas como dita a primeira lei, parte dessa energia irá adicionar à energia interna do sistema, negando assim um estado de entropia constante.
Importância da terceira lei da termodinâmica
A terceira lei raramente é aplicável ao nosso dia-a-dia e rege a dinâmica dos objectos às temperaturas mais baixas conhecidas. Ela define o que é chamado de ‘cristal perfeito’, cujos átomos são colados em suas posições. O cristal perfeito, portanto, não possui absolutamente nenhuma entropia, que só é alcançável à temperatura absoluta.
O conceito de entropia também tem sido popular em algumas teorias que definem objetivamente o fluxo contínuo do tempo, como o aumento linear da entropia do Universo.
De facto, a 0 Kelvin, a entropia muda para reacções relativas à formação da matéria, embora praticamente toda a matéria manifeste alguma quantidade de entropia, devido à presença da mais ínfima quantidade de calor. O mais frio que medimos é 3 K, nas profundezas distantes do Universo, além de estrelas e galáxias.
Em outras palavras, aproveite o verão enquanto ele dura!
Qual é a Primeira Lei da Termodinâmica?
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