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Termodinâmica.
Transformação de energia

Energia térmica I combustão.
Efeitos da termodinâmica

Entropia

O que é entropia?

Entropia (S) é uma quantidade termodinâmica originalmente definida como um critério para prever a evolução dos sistemas termodinâmicos.

O que é entropia?

A entropia é uma função de estado extensa. O valor dessa magnitude física, em um sistema isolado, cresce no decorrer de um processo que ocorre naturalmente. A entropia descreve quão irreversível é um sistema termodinâmico.

A palavra entropia vem do grego e significa evolução ou transformação.

Entropia no mundo da física

Na física, entropia é a quantidade termodinâmica que nos permite calcular a parte da energia térmica que não pode ser usada para produzir trabalho se o processo for reversível. A entropia física, em sua forma clássica, é definida pela equação.

O que é entropia?

ou, mais simplesmente, se a temperatura for mantida constante no processo 1 → 2 (processo isotérmico):

Assim, se um corpo quente na temperatura T1 perde uma quantidade de calor Q1, sua entropia diminui em Q1 / T1. Se ele fornece esse calor a um corpo frio na temperatura T2 (menor que T1), a entropia do corpo frio aumenta mais de a entropia do corpo quente diminuiu porque

O que é entropia?

 Uma máquina reversível pode, portanto, transformar parte dessa energia térmica em trabalho, mas não toda.

O desempenho que a máquina reversível oferece (que é o máximo que qualquer máquina pode oferecer) é:

O que é entropia?

Para que toda a energia térmica seja transformada em trabalho, seria necessário que o foco quente estivesse em temperatura infinita ou que o foco frio estivesse em zero kelvin; caso contrário, o desempenho termodinâmico da máquina reversível é menor que 1.

A expressão da entropia é uma consequência lógica do segundo princípio da termodinâmica e da maneira como a temperatura é medida.

O segundo princípio da termodinâmica diz que, se o trabalho não for consumido, o calor dos corpos quentes para os corpos frios, diretamente por condução ou por qualquer máquina.

A temperatura deve ser medida em uma escala termodinâmica; caso contrário, a expressão da entropia não é tão elegante e depende da substância termométrica usada para construir o termômetro. Ao definir a escala de temperatura termodinâmica, existe um grau de liberdade que pode ser escolhido arbitrariamente. Se for imposto que entre a temperatura de ebulição e a temperatura de congelamento da água há 100 graus, a escala Kelvin é obtida e verifica-se que a temperatura de congelamento da água deve ser 273 K.

Por que não é possível conhecer a entropia absoluta?

No mundo real, não é possível determinar a entropia absoluta de um sistema por que seria necessário chegar ao zero absoluto.

Para chegar ao zero absoluto, o sistema deve primeiro esfriar para zero absoluto, para que as moléculas não se movam mais e, além disso, as moléculas devem estar no estado mais estável. Nesse caso específico, a entropia absoluta é igual a zero (terceira lei da termodinâmica).

Terceira lei da termodinâmica : "A entropia de um cristal perfeito se aproxima de zero quando T se aproxima de zero (mas não há cristais perfeitos)".

Alterar este estado estacionário de 0 kelvin para o ponto de partida fornece a entropia absoluta. A partir daqui, aumentar a temperatura aumentará a entropia.

Felizmente, do ponto de vista prático, geralmente é suficiente calcular a variação da entropia. Calcular as diferenças é mais fácil de fazer experimentalmente.

A variação de temperatura é calculada usando a capacidade de aquecimento: a integral da razão entre a capacidade de aquecimento e a temperatura sobre a área de mudança de temperatura.

Que relação existe entre entropia e energia?

Supondo que o universo inteiro seja um sistema isolado, ou seja, um sistema para o qual é impossível trocar matéria e energia com o exterior, a primeira lei da termodinâmica e a segunda lei da termodinâmica podem ser resumidas da seguinte forma: " a energia total do universo é constante e a entropia total aumenta continuamente até atingir o equilíbrio. ”

Isso significa que não apenas ele não pode criar ou destruir energia, nem pode se transformar completamente de uma forma para outra sem que uma parte se dissipe na forma de calor.

Como e quem descobriu o conceito de entropia?

O que é entropia?O conceito de entropia é desenvolvido em resposta à observação de um certo fato: há uma certa quantidade de energia liberada nas reações de combustão que é perdida devido à dissipação ou fricção. Dessa maneira, a energia perdida não é transformada em trabalho útil.

Investigações nos primeiros motores térmicos

Os primeiros motores térmicos, como o Thomas Savery (1698), o motor Newcomen (1712) e o vapor de três rodas Cugnot (1769) eram ineficientes. Da energia de entrada, apenas 2% foi convertido em energia útil.

Uma grande quantidade de energia útil foi dissipada ou desperdiçada no que parecia ser um estado incomensurável de aleatoriedade.

Nos dois séculos seguintes, os físicos investigaram esse quebra-cabeça de energia perdida.

O resultado desses estudos levou os cientistas ao conceito de entropia.

Primeiras ocorrências do conceito de entropia

O físico Rudolf Clausius foi o primeiro a introduzi-lo em 1865.

Desde então, várias definições de entropia apareceram. A definição mais relevante de entropia é a desenvolvida por Ludwig Boltzmann. Boltzmann relaciona o conceito de entropia ao grau de desordem de um sistema. Essa nova perspectiva da entropia permitiu que o conceito fosse estendido a diferentes campos, como teoria da informação, inteligência artificial, vida ou tempo.

Referências

Autor:

Data de publicação: 24 de março de 2017
Última revisão: 16 de abril de 2020