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Entropia e a 2ª lei da termodinâmica Básico

Publicado em 28/07/2009 

Ficha de Aprendizagem

Síntese

Introdução ao conceito de entropia, com base na descrição de processos irreversíveis e reversíveis. Dedução da 2ª lei da termodinâmica, que estabelece limitações na possibilidade de transformar a energia de uma forma noutra.

Palavras-chave
  • Entropia
  • 2ª lei da termodinâmica
  • Processo reversível
  • Processo irreversível
Objectivos de aprendizagem

A aprendizagem neste tópico envolve os seguintes objectivos:

  • Definir entropia;
  • Descrever a 2ª lei da termodinâmica.
Pré-requisitos

Os seguintes conhecimentos são essenciais para a compreensão deste tópico:

Os processos irreversíveis só ocorrem espontaneamente num sentido. Para descrever o sentido de uma transformação irreversível tem-se uma grandeza física denominada entropia, a qual é uma variável de estado extensiva pois é proporcional à quantidade de matéria do sistema.

Como varia a entropia em processos irreversíveis?

No caso do estabelecimento do equilíbrio térmico, que ocorre num sistema isolado constituído por dois objectos inicialmente a temperaturas diferentes, a entropia é por definição, maior no fim do que no início. O sistema evoluiu até a temperatura ser a mesma em todo o lado, não ocorrendo mais nenhuma transformação. Nesse instante, a entropia do sistema tem o valor máximo possível.

Na experiência de Joule, quando no final a água no recipiente fica a uma temperatura superior, a entropia da água é por definição maior. A transformação é irreversível, um objecto cai, causando a agitação das pás, que por sua vez provocam o aumento da temperatura da água. No estado final, quando já não acontece mais nada, a entropia do sistema é a maior possível.

Nestes dois processos termodinâmicos, os respectivos sistemas consideram-se isolados e verifica-se sempre o aumento de entropia quando os processos são irreversíveis.

Pela 2ª Lei da Termodinâmica, em sistemas isolados onde ocorrem processos irreversíveis, a entropia aumenta sempre.

Quando ocorre uma transformação reversível num sistema isolado, a entropia não aumenta nem diminui.

No caso da compressão lenta de um gás contido num contentor cilíndrico com um êmbolo móvel, quando no final da compressão se deixa de aplicar uma força externa, o gás começa a expandir-se lentamente até voltar ao estado inicial. Neste processo, tanto a energia interna como a entropia do sistema mantiveram-se constantes.

Em resumo, a 2ª lei da termodinâmica:

2ª Lei da Termodinâmica

A entropia, que se denota pela letra S, de um sistema isolado nunca diminui, uma vez que aumenta nos processos irreversíveis e mantém-se constante nos processos reversíveis.

Deste modo, sendo a variação de entropia dada por ΔS = Sfinal - Sinicial, tem-se para um sistema isolado:

  • ΔS > 0 - processo irreversível
  • ΔS = 0 - processo reversível

O aumento de entropia num processo irreversível indica assim, o sentido temporal do sistema isolado, ou seja, estabelece a ordem com que acontecem as várias etapas de um processo irreversível.

Autor e Créditos

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Referências Bibliográficas

  • [1] Fiolhais C., Valadares J., Silva L., Teodoro V., Física 10º Ano, Didática Editora, Lisboa, 2000.
  • [2] Fermi, E., Termodinâmica, Almedina, Coimbra, 1973.
 

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