Entropia e a segunda lei da termodinâmica

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Entropia e a Segunda Lei da Termodinâmica

Processos reversíveis e irreversíveis

Um processo é reversível quando pode parti do estado final e alcançar o estado inicial usando os mesmos micro-estados que utilizou para alcançar o estado final.
Consideremos um sistema em equilíbrio, e apenas nessas circunstâncias podemos caracterizar um estado termodinâmico e, nesse estado podemos atribuirvalores para as funções termodinâmicas de estado tais como temperatura, pressão, energia interna, e etc. Quando um sistema sofre variações através de absorção de calor ou trabalho, ele sai momentaneamente do estado de equilíbrio, e depois de certo tempo de relaxação encontra outro estado de equilíbrio.

Entropia

A entropia é uma grandeza termodinâmica que aparece geralmente associada de umsistema termodinâmico. Em acordo com a segunda lei da termodinâmica, trabalho pode ser completamente convertido em calor, e por tal em energia térmica, mas energia térmica não pode ser completamente convertida em trabalho Com a entropia procura-se mensurar a parcela de energia que não pode mais ser transformada em trabalho em transformações termodinâmicas.
A parcela de energia interna de um sistemaem seu equilíbrio termodinâmico que não pode mais ser convertida em trabalho à temperatura de equilíbrio pode ser determinada pelo produto da entropia S pela temperatura absoluta T do sistema no respectivo estado, encontrando-se disponível à execução de trabalho por tal apenas a parcela da energia interna U em consideração. A parcela de energia interna F que pode ser convertida em trabalho,assim como a entropia, é uma função de estado do sistema, e por tal dá origem a um potencial termodinâmico: a energia livre de Helmholtz do sistema em consideração.
Por definição, entropia é


Ou de forma integrada


Variação de entropia

A variação de entropia, em processos isotérmicos de sistemas não isolados termicamente, pode determinar-se facilmente. Por exemplo, afusão de bloco de gelo ou a passagem de água a vapor são processos que ocorrem a temperatura constante, enquanto se fornece energia em forma de calor ao sistema.
Nestas condições, a variação de entropia do sistema é dada pelo quociente entre a energia transferida para o sistema sobre a forma de calor, ΔQ, e a temperatura absoluta constante a que este se encontra:

Deste modo, a unidade SI(Sistema Internacional) de entropia é J/K(Joule/Kelvin).

Entropia como uma função de estado

Na mudança de fase de sólido para líquido, que ocorre a uma temperatura constante, a variação de entropia do sistema é positiva. Como a energia transferida sob a forma de calor para o sistema é positiva, no final a entropia é maior que no início, ou seja, a entropia da água líquida é maior que a do gelo.Num sólido, como é o caso do gelo, as partículas formam normalmente uma estrutura cristalina e possuem forças de atracção entre elas bastante mais intensas do que nos líquidos ou gases, e por isso, as partículas de um sólido estão mais ordenadas do que num líquido ou gás.
• O conceito de entropia associa-se ao grau de desordem de um sistema: quanto maior a desordem do sistema, maior é aentropia.

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 entropianum 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.

Maquina de Carnot
A máquina de Carnot é uma máquina ideal que utiliza calor para realizar um trabalho. Nela há um gás sobre o qual se exerce um processo cíclico de expansão e contração entre duas temperaturas. O ciclo...
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