Ciência

Qual é a terceira lei da termodinâmica?

A entropia de um sistema limitado ou isolado torna-se constante à medida que sua temperatura se aproxima da temperatura absoluta (zero absoluto).

A termodinâmica é um dos mais importantes e amplamente estudados ramos da ciência física. Além de atormentar os estudantes de engenharia mecânica durante a maior parte de suas vidas acadêmicas, a onipresença é vista da brisa fria do meu aparelho de ar condicionado para um dos pináculos da era industrial – a máquina a vapor. A sua implementação é regida por três leis, que são conhecidas como Leis da Termodinâmica. As leis definem como o trabalho, o calor e a energia afetam um sistema. Um sistema é qualquer região no Universo que é finitamente limitada em que energia é transferida. Tudo fora desta fronteira é o seu entorno.

Limite do sistema

Ilustração de um sistema em termodinâmica. (Crédito da foto: Wavesmikey / Wikipedia Commons)

O que é Entropia?

Embora a primeira lei da termodinâmica implique que o Universo tenha começado com energia finita utilizável, onde um sistema de desenho de energia irá em parte gastá-lo em fazer o trabalho e, em parte, gastá-lo através do aumento da temperatura interna, a segunda lei explora suas implicações. Isso inclui a conversão dessa energia finita utilizável em energia inutilizável; Por exemplo, a formação de matéria que ocorreu há bilhões de anos devido à condensação de energia com a qual o Universo começou. Neste processo, a energia finita utilizável agora é convertida em energia inutilizável.

Essa energia inutilizável é medida por algo chamado “Entropia”, um barómetro para medir aleatoriedade ou desordem em um sistema.

Entropia

Ilustração da entropia como um aumento na desordem.

O Universo é como uma sala cheia de roupas que se encontram de uma maneira desorganizada. A entropia deste sistema aumenta à medida que mais e mais roupas são usadas e descartadas, complementando a bagunça, a menos que o habitante faça um esforço para buscá-las e organizá-las, o que reduz essa desordem.

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Considerando o Universo como um sistema, não há nada em seus arredores para derivar energia, então, com toda a sua energia convertida em energia inutilizável, tudo o que é deixado para trás é um lugar frio e escuro. Isso é chamado de morte por calor e é uma das formas como o Universo pode acabar. Um sistema delimitado como o nosso Universo possui fontes finitas de energia, como as suas estrelas brilhantes, que arderão por eons antes de render-se às leis cruéis da natureza.

A Terceira Lei da Termodinâmica

A terceira lei da termodinâmica prevê as propriedades de um sistema e o comportamento da entropia em um ambiente único, conhecido como temperatura absoluta. A temperatura absoluta é a temperatura mais baixa conhecida e define um limite inferior para a faixa de temperatura do Universo.

Quão legal é isso! Não, sério, como é frio? A temperatura absoluta é 0 Kelvin, a unidade padrão de temperatura ou -273.15 graus Celsius! A temperatura absoluta também é conhecida como zero absoluto em alguns círculos e países. Esta escala lhe dará uma ideia.

A terceira lei afirma que, à medida que a temperatura de um sistema se aproxima do zero absoluto, sua entropia se torna constante, ou a mudança na entropia é zero.

A declaração é representada por esta equação, onde T se assemelha à temperatura e delta S é a mudança na entropia do sistema.  A denotação “tende a zero” representada por uma seta apontando para zero implica que, à medida que a temperatura diminui para um valor infinitesimal, o sistema alcança uma entropia constante, extraindo a energia do seu entorno, mas, como determina a primeira lei, parte dessa energia irá adicionar Para a energia interna do sistema, negando assim um estado de entropia constante.

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Importância da terceira lei da termodinâmica

A terceira lei raramente é aplicável ao nosso dia a dia e governa a dinâmica dos objetos nas temperaturas mais baixas conhecidas. Ele define o que é chamado de “cristal perfeito”, cujos átomos estão colados em suas posições. O cristal perfeito, portanto, não possui absolutamente nenhuma entropia, que só é alcançável na temperatura absoluta.

O conceito de entropia também tem sido popular em algumas teorias que definem objetivamente o fluxo contínuo de tempo, como o aumento linear da entropia do Universo.

Idealmente, em 0 Kelvin, a entropia muda para as reações relativas à formação da matéria será zero, embora praticamente toda a matéria apresente alguma quantidade de entropia, devido à presença da menor quantidade de calor. O mais frio que medimos é 3 K, nas profundidades distantes do Universo, além de estrelas e galáxias.

Em outras palavras, aproveite o verão enquanto dura!

Referências:

  1. Universidade da Califórnia, Davis
  2. Instituto de Tecnologia de Massachusetts
  3. Brown University
  4. A Universidade do Arizona

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