Entropia e Segunda Lei
BC0205
Roosevelt Droppa Jr.
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Entropia e Segunda Lei
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Sentido de um
processo
Desordem no
processo
Conceito de entropia
Entropia em proc.
reversíveis e
irreversíveis
Enunciados da 2ª lei
Interpretação
microscópica da
entropia
Processos Termodinâmicos
•
O que define a direção preferencial de certos processosTXH
ocorremQDQDWXUH]D ?
•
Em que a primeira Lei tem a contribuir em relação a esta
direção preferencial ?
•
Quando seguramos uma xícara de café quente a nossa mão
esquenta e a xícara esfria e não o contrário.3RUTXr"
•
O que define a espontaneidade de um processo ?
Processos Termodinâmicos
•
Processo Reversível:
•
•
É um processo no qual o sistema esta em equilíbrio a cada
passo da transformação (processo quase estático). Nos
processos reversíveis o sistema pode retornar as suas
condições iniciais apenas revertendo a direção do processo
termodinâmico.
Processo Irreversível:
•
É um processo no qual é impossível para o sistema retornar
as suas condições iniciais apenas revertendo o processo
termodinâmico. Neste processo o sistema não esta em
equilíbrio a cada passo da transformação.
Sentido de um processo
A flecha do tempo
Problema na 1ª lei
Necessário introduzir variável e uma lei que
dê conta da seta do tempo e da desordem
Desordem nos processos
termodinâmicos
A energia cinética macroscópica é a energia
associada a organização, no gás ideal
sabemos que quanto menor é a
temperatura, menor a energia cinética e
menor é o erro na energia. Ou seja, a
energia cinética está ligada ao movimento
coordenado de muitas moléculas.
Porém, a transferência de calor envolve
variações de energia do estado aleatório, e
contribui para um maior desordenamento
do movimento molecular.
Desordem nos processos
termodinâmicos
Por trás da
desordem está a
irreversibilidade dos
processos, não
podendo voltar ao
que era antes.
Conceito de entropia
Conceito de entropia
Entropia e desordem
Entropia em processos
reversíveis
A Entropia é Uma Função de Estado ?
SIM! Qual a Conseqüência ?
Para calcular a variação de entropia de um processo
irreversível, utilizamos um processo reversível no qual
os pontos iniciais e finais são os mesmos.
Ex: Expansão livre vs. Expansão isotérmica.
∆S =
�
i
f
Q
dQ
=
T
T
Entropia como Função de Estado
Para processos reversíveis: dE = dQ - dW
nCvdT = dQ - pdV
Integrando
�
i
f
dQ
=
T
�
i
f
dV
+
nR
V
�
i
f
dT
nCv
T
Vf
Tf
∆S = nRln
+ nCv
Vi
Ti
Processo reversível
Entropia em processos
irreversíveis
Entropia
Se um processo irreversível ocorrer em um sistema
fechado, a entropia do sistema sempre aumenta.
ΔS>0 Para um processo espontâneo.
∆S = Sf − Si =
�
i
f
dQ
T
Exemplo
•
Dois blocos de cobre idênticos de massa m=1,5 kg. Um bloco
a Temp=60ƒC e outro bloco a Temp=20°C. Os blocos estão em
uma caixa isolada termicamente separados por uma divisória
isolante. Quando retiramos a divisória, os blocos entram em
equilíbrio térmico a T=40°C. Qual a variação de entropia neste
processo? C = 386J/mol K.
Exemplo
Necessidade de mais uma lei
Podemos dizer que todas as leis físicas
fundamentais, em particular as leis do
movimento, são reversíveis. Entretanto, os
processos termodinâmicos que são
irreversíveis exige uma lei em que dê conta
o sentido do tempo (indo do ordenado para
o desordenado). Essa lei é a 2ª lei da
termodinâmica e há dois enuciados para
ela, um devido a Lord Kelvin e outro a
Clausius.
Enunciado de Kelvin da 2ª Lei
É impossível realizar
um processo cujo
único efeito seja
remover calor de um
reservatório térmico
e produzir uma
quantidade
equivalente de
trabalho de modo que
o sistema termine em
um estado idêntico
ao inicial.
Consequências do enunciado
A geração de calor por atrito a partir
de trabalho mecânico é irreversível
Enunciado de Clausius da 2ª Lei
É impossível realizar
um processo cujo
único efeito seja
transferir calor de
um corpo mais frio
para um corpo mais
quente.
Segunda lei pela entropia
Se um processo ocorre em um sistema
fechado, a entropia do sistema aumenta
para processos irreversíveis e permanece
constante para processos reversíveis, a
entropia nunca diminui.
ΔS ≥ 0
Entropia como um grau de
desordem
A entropia (do grego
εντροπία) é uma
grandeza termodinâmica
geralmente associada ao
grau de desordem. Ela
mede a parte da energia
que não pode ser
transformada em
trabalho. É uma função
de estado cujo valor
cresce durante um
processo natural em um
sistema fechado.
Interpretação microscópica da
entropia
Interpretação microscópica da
entropia
Interpretação microscópica da
entropia
Interpretação microscópica da
entropia
Interpretação microscópica da
entropia
Exercício
• Determine a variação
de entropia na
expansão livre de n
moles de um gás à
temperatura T.
Resolução
Resolução