21.12
A segunda lei da termodinâmica pode ser declarada através da quantidade física, entropia. Ele afirma que em qualquer processo irreversível, o universo se torna mais desordenado.
Considere um gás ideal de 'n' moles passando por uma expansão livre adiabática, que é um processo irreversível. Como a entropia é uma função de estado, sua mudança durante esse processo pode ser calculada considerando um processo reversível com os mesmos estados inicial e final.
Este processo reversível pode ser aproximado de uma expansão isotérmica.
A mudança total da entropia depende da razão dos volumes do gás antes e depois da expansão. Aqui, 'n' é a quantidade de gás e R, a constante do gás.
Como o ambiente não troca calor com o gás, sua entropia permanece constante. Portanto, a entropia total do universo aumentou.
A condição de cada molécula de gás, descrita por sua posição e velocidade, compõe o microestado.
Um volume maior do gás implica mais possibilidades dessas coordenadas para cada molécula, portanto, um sistema mais desordenado. Assim, a entropia quantifica a desordem.
A segunda lei da termodinâmica pode ser expressa quantitativamente usando o conceito de entropia. A entropia é a medida da desordem de um sistema.
A relação entre entropia e desordem pode ser ilustrada com o exemplo da mudança de fase do gelo para a água. No gelo, as moléculas estão localizadas em locais específicos, formando um estado sólido, enquanto que, na forma líquida, essas moléculas têm muito mais liberdade de movimento. A disposição molecular se torna mais aleatória. Embora a mudança na energia cinética média das moléculas do reservatório de calor seja insignificante, há uma diminuição significativa na entropia do reservatório, pois ele possui muitas mais moléculas do que o cubo de gelo derretido. No entanto, a diminuição da entropia do reservatório ainda não é tão significativa quanto o aumento da entropia do gelo. Assim, a entropia do universo aumenta.
A segunda lei da termodinâmica esclarece que a entropia do universo nunca diminui durante qualquer processo termodinâmico. Quando o processo é reversível, a mudança na entropia é dada por ΔS = Q/T. Mas o que acontece se a temperatura chegar a zero Kelvin? Descobriu-se que a temperatura absoluta zero não é alcançável - pelo menos, não através de um número finito de etapas de resfriamento. Isso é uma afirmação da terceira lei da termodinâmica, cuja prova requer a mecânica quântica.
A segunda lei da termodinâmica pode ser declarada através da quantidade física, entropia. Ele afirma que em qualquer processo irreversível, o universo se torna mais desordenado.
Considere um gás ideal de 'n' moles passando por uma expansão livre adiabática, que é um processo irreversível. Como a entropia é uma função de estado, sua mudança durante esse processo pode ser calculada considerando um processo reversível com os mesmos estados inicial e final.
Este processo reversível pode ser aproximado de uma expansão isotérmica.
A mudança total da entropia depende da razão dos volumes do gás antes e depois da expansão. Aqui, 'n' é a quantidade de gás e R, a constante do gás.
Como o ambiente não troca calor com o gás, sua entropia permanece constante. Portanto, a entropia total do universo aumentou.
A condição de cada molécula de gás, descrita por sua posição e velocidade, compõe o microestado.
Um volume maior do gás implica mais possibilidades dessas coordenadas para cada molécula, portanto, um sistema mais desordenado. Assim, a entropia quantifica a desordem.
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