_Hinrichs_Kleinback

Cap. 4 Calor e Trabalho
FIGURA 4.20
Impossibilidades, de acordo com a segunda lei da termodinâmica. (a) Calor retirado
da mesa é convertido em energia mecânica - a energia cinética do bloco. (b) Calor da
água do mar é convertido em energia elétrica (os cubos de gelo resultantes são
descartados).
Uma outra lei da física, denominada segunda lei da termodinâmica, deve ser usada
para explicar esta situações. A segunda lei versa sobre a direção dos processos físicos: por
que um processo pode ocorrer em uma direção, mas não em outra. Por exemplo, dizemos
que o calor flui de um corpo quente para um corpo frio, mas nunca o vemos fluir na outra
direção por si próprio. ("Mas," você diz, "e numa geladeira?" Sim, nesse caso o calor passa
de uma fonte fria para uma fonte quente, mas somente com a ajuda externa da eletricidade
fornecida ao compressor da geladeira.)
Se você colocar uma gota de tinta preta em um copo d'água, a tinta vai se dispersar,
tornando a água escurecida e acinzentada; o sistema ficou mais desordenado. Nós jamais
vemos a água acinzentada ficar límpida, com um ponto de tinta no meio. Um pêndulo
preso em um dos lados tem toda a sua energia na forma de energia potencial. À medida
que ele balança para lá e para cá, sua amplitude diminui à proporção que parte de sua
energia mecânica se transforma em calor. Finalmente ele pára; sua energia total, inicialmente
sob uma forma, foi distribuída para muitas outras moléculas - o sistema ficou mais
desordenado. O inverso disto nunca é observado: um pêndulo retirar calor do ar e
começar a oscilar; embora este processo não viole o princípio da conservação da energia,
a segunda lei o proíbe.
Uma quantidade que é utilizada para a medida da desordem de um sistema é
chamada de entropia. A entropia é uma propriedade do sistema. Lembre-se de que nós
podemos alterar a energia de um sistema pela realização de trabalho sobre o mesmo, ou
pela adição ou subtração de calor. Quando calor é adicionado, a desordem do sistema aumenta,
assim como a sua entropia. Se o calor flui para fora do sistema, a desordem
diminui, assim como a entropia.
Pode também ocorrer uma variação de entropia em um sistema isolado ao qual nenhum
calor é adicionado. A segunda lei afirma que, para qualquer processo espontâneo, a
entropia de um sistema pode apenas aumentar ou permanecer igual, mas nunca
diminuir. Se tomarmos nosso sistema isolado como sendo o mundo inteiro, então a quantidade
de desordem no mundo está aumentando continuamente. A entropia fornece uma espécie
de "flecha do tempo", estabelecendo uma direção na qual a ocorrência dos processos
naturais é permitida. Os exemplos da tinta na água e do pêndulo são casos em que a entropia
aumenta. Proceder na direção oposta levaria a uma diminuição de entropia, já que
estaríamos indo em direção a um sistema mais ordenado. (A ordem de um sistema pode ser
aumentada, mas apenas mediante a realização de trabalho externo, tal como o rearranjo dos
pedaços de um prato quebrado que caiu da mesa, ou agrupando bolinhas de grude de
acordo com a sua cor).