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Entropia
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A entropia é a parte da energia em um sistema que não pode ser utilizada para realizar trabalho. Do ponto de vista microscópico, está relacionada com o número de possíveis configurações que o sistema pode assumir. Um maior número dessas configurações está associado a um aumento na desordem do sistema e a uma diminuição na probabilidade de que ele retorne a um estado anterior, reduzindo assim a possibilidade de reversibilidade do sistema.
ID:(1471, 0)
Mecanismos
Iframe
A entropia física é um conceito fundamental na termodinâmica e na mecânica estatística que representa o grau de desordem ou aleatoriedade em um sistema. Ela mede o número de maneiras específicas pelas quais um sistema termodinâmico pode ser organizado, refletindo a quantidade de incerteza ou o número de possíveis microestados correspondentes a um dado macroestado. A entropia quantifica a desordem, sendo que uma maior entropia indica maior desordem. De acordo com a segunda lei da termodinâmica, a entropia de um sistema isolado nunca diminui, o que significa que os processos naturais tendem a se mover para um estado de entropia máxima ou desordem. A entropia também mede a irreversibilidade dos processos, onde processos espontâneos aumentam a entropia do universo. Ela é um fator chave para determinar a eficiência de motores térmicos e refrigeradores, entender o comportamento de sistemas biológicos e estudar a evolução do universo. Essencialmente, a entropia é uma medida da imprevisibilidade e da dispersão de energia em um sistema, fornecendo insights sobre a tendência natural para a desordem e as limitações na conversão de energia.
Mecanismos
ID:(15246, 0)
Tipos de variáveis
Descrição
Se considerarmos a equação de diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$) com la força mecânica ($F$) e o distância percorrida ($dx$):
| $ \delta W = F dx $ |
na sua forma de la pressão ($p$) e o volume ($V$):
| $ \delta W = p dV $ |
O trabalho desempenha o papel de um potencial, enquanto la pressão ($p$) age como uma 'força generalizada', e o volume ($V$) serve como o caminho, uma espécie de 'variável independente'. Se organizarmos esses conceitos em uma matriz para os parâmetros que discutimos até agora, obtemos:
| Potencial termodinâmico | Força generalizada | Variável independente |
| Extensiva | Intensiva | Extensiva |
| $\delta W$ | $p$ | $dV$ |
| $\delta Q$ | $T$ | $?$ |
Nesse contexto, vemos que para a linha la variação de calor ($\delta Q$), temos a variável la temperatura absoluta ($T$), mas falta-nos uma variável independente extensiva. A esta chamamos de entropia e a denotamos com a letra $S$.
ID:(11183, 0)
Variables intensives et extensives
Descrição
Existem variáveis que estão associadas a quantidades e outras que estão associadas a propriedades.
• As primeiras são chamadas de variáveis extensivas, pois podem ser estendidas ou aumentadas em proporção à quantidade de substância presente. Exemplos de variáveis extensivas incluem volume, massa, carga elétrica, calor, entre outros.
• Por outro lado, as segundas são chamadas de variáveis intensivas, que representam propriedades que não dependem da quantidade de substância presente. Essas propriedades não se alteram quando a quantidade de substância é alterada. Exemplos de variáveis intensivas incluem densidade, pressão, temperatura, entre outros.
ID:(11182, 0)
Entropia e mudança de fase
Descrição
Se a entropia for estimada em função da temperatura, as seguintes observações podem ser feitas:
• Em cada fase (sólido, líquido, gasoso), a entropia tende a aumentar ligeiramente com a temperatura.
• Durante as transições de fase, ocorre um salto significativo na entropia.
Isso pode ser representado da seguinte forma:
Dessa maneira, a entropia pode ser compreendida como uma medida média dos graus de liberdade que um sistema possui. Enquanto em cada fase a entropia aumenta gradualmente devido à liberação de alguns graus de liberdade adicionais, nas transições de fase o aumento é dramático. Um sólido é composto por múltiplas ligações que restringem o movimento dos átomos, resultando em poucos graus de liberdade. Em um líquido, muitas ligações são rompidas, criando novas liberdades que permitem o movimento relativo, levando a múltiplos novos graus de liberdade. Finalmente, na transição para a fase gasosa, todas as ligações são perdidas e cada partícula possui seus três graus de liberdade. À medida que a temperatura aumenta, as partículas podem rotacionar e oscilar, introduzindo novos graus de liberdade e incrementos adicionais na entropia.
ID:(11187, 0)
Entropia e Irreversibilidade
Descrição
Se considerarmos dois sistemas idênticos, um com uma temperatura $T_1$ e o outro com uma temperatura $T_2$, suas entropias podem ser calculadas usando a seguinte equação envolvendo la entropia ($S$), la temperatura absoluta ($T$), la calor específico da amostra ($C$), la entropia básica ($S_0$) e la temperatura base ($T_0$):
| $ S = S_0 + C \log\left(\displaystyle\frac{ T }{ T_0 }\right)$ |
Portanto, as entropias serão:
$S_1 = S_0 + C\log\left(\displaystyle\frac{T_1}{T_0}\right)$
e
$S_2 = S_0 + C\log\left(\displaystyle\frac{T_2}{T_0}\right)$
Se ambos os sistemas forem misturados, sua temperatura será a temperatura média:
$T_m=\displaystyle\frac{1}{2}(T_1+T_2)$
Portanto, a entropia do novo sistema será:
$S_{1+2}=2S_0+2C\log\left(\displaystyle\frac{T_m}{T_0}\right)=2S_0+2C\log\left(\displaystyle\frac{T_1+T_2}{2T_0}\right)$
A entropia do novo sistema é maior do que a soma das entropias individuais:
$\Delta S=2C\log\left(\displaystyle\frac{T_1+T_2}{2T_0}\right)-C\log\left(\displaystyle\frac{T_1}{T_0}\right)-C\log\left(\displaystyle\frac{T_2}{T_0}\right)$
Se representarmos graficamente $\Delta S/C$ em função de $T_1/T_0$ e $T_2/T_0," obtemos a seguinte figura:
$\Delta S/C$ é quase nulo se as temperaturas forem muito semelhantes ($T_1\sim T_2$). No entanto, se as temperaturas forem diferentes, a entropia sempre aumentará. Se estudarmos isso em outros sistemas, observaremos que sempre que ocorre uma mudança irreversível, a entropia aumenta. A mistura é irreversível, o que significa que o sistema não retornará ao seu estado inicial sem intervenção externa. Em outras palavras, o sistema não se separará espontaneamente em dois subsistemas com temperaturas completamente diferentes.
ID:(11186, 0)
Modelo
Top
Parâmetros
Variáveis
Cálculos
para 
, depois, selecione a variável: 
para 
Cálculos
Cálculos
Variáve 
Dado Calcular 
Objetivo : Equação A ser usado 
Equações
$ \delta Q = T dS $
dQ = T * dS
$ S = S_0 + C \log\left(\displaystyle\frac{ T }{ T_0 }\right)$
S = S_0 + C *log( T / T_0 )
ID:(15305, 0)
Segunda lei da termodinâmica
Equação
O diferencial de calor impreciso ($\delta Q$) é igual a la temperatura absoluta ($T$) vezes la variação de entropia ($dS$):
| $ \delta Q = T dS $ |
ID:(9639, 0)
Cálculo de entropia
Equação
La entropia ($S$) é uma função de la temperatura absoluta ($T$) com la entropia básica ($S_0$) e la temperatura base ($T_0$) de acordo com:
| $ S = S_0 + C \log\left(\displaystyle\frac{ T }{ T_0 }\right)$ |
A relação de la variação de calor ($\delta Q$) com la temperatura absoluta ($T$) e la variação de entropia ($dS$) pode ser expressa da seguinte forma:
| $ \delta Q = T dS $ |
Quando combinamos isso com a relação entre la variação de calor ($\Delta Q$), la calor específico da amostra ($C$) e la variação de temperatura ($\Delta T$):
| $ \Delta Q = C \Delta T $ |
Obtemos essa relação no limite infinitesimal, onde:
$\delta Q = C dT = T dS$
Após a integração, chegamos à seguinte equação:
| $ S = S_0 + C \log\left(\displaystyle\frac{ T }{ T_0 }\right)$ |
com a condição de que la entropia básica ($S_0$) seja menor que la temperatura base ($T_0$).
ID:(11185, 0)