12/07/2022 Física

Qual o significado de entropia?

Escrito por Hexag Educação @hexagmedicina
Qual o significado de entropia?

O grau de desordem de um sistema recebe o nome de entropia. Trata-se de uma medida da indisponibilidade da energia. Essa grandeza física apresenta a tendência de aumentar, naturalmente, no Universo e está relacionada à Segunda Lei da Termodinâmica. Continue lendo para entender melhor o conceito, um tema recorrente em provas do Enem e de vestibulares.

O que significa entropia?

Conceitualmente, entropia é o grau de desordem de um sistema. Para entender o conceito, é importante pontuar que quando falamos sobre “desordem” não estamos nos referindo a algo “bagunçado”, e sim à forma como um sistema está organizado.

Algumas áreas do conhecimento usam o conceito de entropia em um sentido de desordem, mas, nesse caso, se trata somente da forma de organização do sistema. Para que fique mais claro, daremos um exemplo: imagine que temos três potes. Um deles possui bolinhas azuis pequenas, o outro apresenta bolinhas pequenas vermelhas e o terceiro está vazio.

No pote vazio, colocamos as bolinhas azuis e em cima delas as bolinhas vermelhas. Ao fazer isso, temos as bolinhas organizadas e separadas pela cor. Porém, se balançarmos esse pote vamos “bagunçar” as bolinhas, de forma que elas serão misturadas. Sacudindo, chegaremos a um ponto em que não existirá mais a separação inicial.

Ainda que continuemos a balançar o pote, dificilmente conseguiremos fazer com que as bolinhas retornem para o visual inicial organizado. Logo, o sistema ordenado (que tinha as bolinhas separadas por cor) deixou de existir e se tornou um sistema desordenado (com as bolinhas misturadas).

Quando misturamos as bolinhas, a entropia do sistema aumentou. A tendência natural é a de aumentar a desordem de um sistema. Isso significa aumentar a entropia. Então, concluímos que nos sistemas ΔS >0 (S é entropia).

Entropia e termodinâmica

O engenheiro e pesquisador francês Nicolas Sadi Carnot foi o primeiro a desenvolver o conceito de entropia. Enquanto realizava pesquisas a respeito da transformação da energia mecânica em energia térmica e vice-versa, ele chegou à conclusão de que era impossível construir uma máquina térmica 100% eficiente.

De acordo com a Primeira Lei da Termodinâmica, a energia se conserva. Basicamente, isso significa que a energia nos processos físicos não se perde, somente é convertida num outro tipo de energia.

Podemos entender esse conceito bem facilmente, imagine uma máquina que usa energia para realizar trabalho e, nesse processo, é aquecida. Dessa forma, a energia mecânica está sendo degradada em energia térmica.

É importante observar que a energia térmica não é convertida novamente em energia mecânica. Se isso ocorresse, teríamos uma máquina que jamais deixa de funcionar. Em outras palavras, o processo é irreversível. O trabalho de Lord Kelvin, algum tempo depois, complementou as pesquisas de Carnot a respeito da irreversibilidade dos processos termodinâmicos.

Assim, surgiram as bases para a formulação da Segunda Lei da Termodinâmica: “Em um sistema termicamente isolado, com o passar do tempo, a tendência é a entropia aumentar, até chegar ao seu valor máximo”. Lembra que citamos que essa grandeza física está sempre aumentando no Universo?

Tempo

Algo curioso é que, através da entropia, podemos compreender a seta do tempo. Se houver duas imagens de um mesmo sistema em momentos diferentes, podemos saber intuitivamente qual é o primeiro e qual é o posterior.

Basta, para isso, observar o grau de desorganização do sistema. No início, há mais organização e, com o passar do tempo, a tendência é que a entropia seja aumentada.

O termo entropia

Em 1865, o físico alemão Rudolf Clausius foi o primeiro a utilizar o termo entropia. O conceito se referia à medida da quantidade de energia térmica que não pode ser convertida em energia mecânica. Trata-se da energia que não pode realizar trabalho em uma determinada temperatura.

Clausius foi o responsável por desenvolver a fórmula matemática para a variação da entropia (ΔS) usada nos dias atuais. Confira abaixo:

ΔS = Q / T

Nessa fórmula, temos:

ΔS – variação da entropia (J/K)

Q – calor transferido (J)

T – temperatura (K)

Essa definição se aplica a sistemas isotérmicos, isto é, aqueles em que as trocas de calor são tão pequenas ou ocorrem tão lentamente que não tem capacidade de alterar a temperatura do sistema. Sendo assim, a entropia é infinitesimal, parte infinitamente pequena.

Outra forma de compreender o conceito de entropia é pensar em um sistema formado por duas porções de um mesmo gás, em temperaturas distintas. Através do movimento de um pistão ou manivela é possível obter algum trabalho desse gás. Porém, conforme o tempo for passando, a tendência é chegar ao equilíbrio térmico.

A partir do momento em que não há mais diferença de temperatura, ainda que toda a energia esteja presente, não dá mais para extrair trabalho útil do sistema. Viu, como não é difícil entender o conceito de entropia?

Para conferir mais conteúdos como este e dicas para o Enem e o vestibular, acesse outros posts do blog do Hexag Medicina!

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