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
onde
é o calor trocado de forma reversível e
é a temperatura absoluta do sistema. Se o processo for irreversível, a Segunda Lei dita
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).