Quais os meios pelos quais a entropia de um sistema pode aumentar?

Passo 1

O enunciado pergunta por quais mecanismos a entropia de um sistema pode aumentar. O conteúdo envolvido é a Segunda Lei da Termodinâmica e a definição de entropia como função de Estado. Para responder, vamos revisar a expressão diferencial de entropia, distinguir processos reversíveis e irreversíveis e listar as principais fontes de geração de entropia.

Passo 2

Em termodinâmica clássica, a variação infinitesimal de entropia de um sistema submetido a uma troca de calor reversível é
dS = \frac{\delta Q_{\mathrm{rev}}}{T},
onde \delta Q_{\mathrm{rev}} é o calor trocado de forma reversível e T é a temperatura absoluta do sistema. Se o processo for irreversível, a Segunda Lei dita
dS > \frac{\delta Q}{T},
significando que a entropia interna ao sistema também cresce além do calor trocado.

Passo 3

Processos irreversíveis internos sempre geram entropia. Exemplos típicos são atrito mecânico, dissipação viscosa e aquecimento Joule num condutor. Nesses casos, trabalho é convertido em calor internamente, elevando a entropia sem necessidade de calor externo.

Passo 4

Mistura e difusão de substâncias distintas também aumentam a entropia. Quando dois gases originalmente separados são colocados em contato e se misturam livremente, há ganho de entropia pela dispersão das moléculas. O mesmo vale para processos de difusão em solução.

Passo 5

Reações químicas irreversíveis produzem entropia sempre que há mudança de ligações e formação de produtos com menor energia livre. Em sistemas abertos, o fluxo de massa transporta entropia para dentro ou para fora do controle, de modo que a entrada de massa de alta entropia ou a saída de massa de baixa entropia resulta em aumento da entropia interna.

Resposta

  • Transferência de calor irreversível (calor trocado com reservas a diferentes temperaturas).
  • Geração interna de entropia em processos irreversíveis (atrito, dissipação viscosa, aquecimento Joule).
  • Mistura livre e difusão de substâncias (gases, líquidos).
  • Reações químicas irreversíveis.
  • Fluxo de massa em sistemas abertos (entrada de massa com alta entropia ou saída de massa com baixa entropia).

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