Fundamentos de Física, Volume 2: Gravitação, Ondas e Termodinâmica
20 Entropia e a Segunda Lei da Termodinâmica
CAPÍTULO 20
Entropia e a Segunda Lei da
Termodinâmica
20-1 ENTROPIA
Objetivos do Aprendizado
Depois de ler este módulo, você será capaz de ...
20.01 Conhecer a segunda lei da termodinâmica: Se um processo acontece em um sistema fechado, a
entropia do sistema aumenta se o processo for irreversível e permanece a mesma se o processo
for reversível.
20.02 Saber que a entropia é uma função de estado (o valor da entropia para o estado em que um
sistema se encontra não depende do modo como esse estado foi atingido).
20.03 Calcular a variação de entropia associada a um processo integrando o inverso da temperatura
(em kelvins) em relação ao calor Q transferido durante o processo.
20.04 No caso de uma mudança de fase sem variação de temperatura, conhecer a relação entre a
variação de entropia ΔS, o calor transferido Q e a temperatura T (em kelvins).
20.05 No caso de uma variação de temperatura ΔT que seja pequena em relação à temperatura T,
conhecer a relação entre a variação de entropia ΔS, o calor transferido Q e a temperatura média
T (em kelvins). méd
20.06 No caso de um gás ideal, conhecer a relação entre a variação de entropia ΔS e os valores inicial
e final da pressão e do volume.
20.07 Saber que, se um processo é irreversível, a integração para determinar a variação de entropia
deve ser feita para um processo reversível que leve o sistema do mesmo estado inicial para o
mesmo estado final.
20.08 No caso de um elástico de borracha submetido a um alongamento, relacionar a força elástica à
taxa de variação da entropia da borracha com o alongamento.
Ideias-Chave • Um processo irreversível é aquele que não pode ser desfeito por meio de pequenas mudanças do ambiente. O sentido de um processo irreversível é definido pela variação ΔS do sistema que sofre o processo. A entropia S é uma propriedade de estado (ou função de estado) do sistema, ou seja, depende do estado do sistema, mas não da forma como o estado foi atingido. O postulado da entropia afirma (em parte) o seguinte: Se um processo irreversível acontece em um sistema fechado, a entropia do sistema aumenta.
• A variação de entropia ΔS de um processo irreversível que leva um sistema de um estado inicial i para um estado final f é exatamente igual à variação de entropia ΔS de qualquer processo reversível que leva o sistema do mesmo estado inicial para o mesmo estado final. Podemos calcular a variação de entropia de um processo reversível (mas não a de um estado irreversível) usando a equação
em que Q é a energia transferida do sistema ou para o sistema na forma de calor durante o processo, e T é a temperatura do sistema em kelvins.
• No caso de um processo isotérmico reversível, a expressão da variação de entropia se reduz a
• Se a variação de temperatura ΔT de um sistema é pequena em comparação com a temperatura (em kelvins) no início e no final do processo, a variação de entropia é dada aproximadamente por
em que T é a temperatura média do sistema durante o processo. méd
• Se um gás ideal passa reversivelmente de um estado inicial com temperatura T e volume V para i i um estado final com temperatura T e volume V , a variação de entropia é dada por f f
• De acordo com a segunda lei da termodinâmica, que é uma extensão do postulado da entropia, se um processo ocorre em um sistema fechado, a entropia do sistema aumenta se o processo for irreversível e permanece a mesma se o processo for reversível. Em forma de equação,
ΔS ≥ 0.