- Sabemos que, se há um corpo quente e outro mais frio, calor será transferido do corpo quente ao corpo frio até que os dois atinjam a mesma temperatura. No universo também há lugares quentes (por exemplo: as estrelas) e outros frios (por exemplo: a Terra). Assim, haverá transferência de calor dos lugares quentes aos mais frios (por exemplo: o Sol transfere calor à Terra por radiação) até que se atinja uma mesma temperatura em todos os lugares. Isto implica que o futuro nos reserva a morte térmica do universo! Nesta situação, uma vez que todo universo está a uma mesma temperatura, qualquer tipo de máquina térmica não funcionará, pois não há como distinguir entre a fonte quente e a fonte fria aspecto essencial para o funcionamento de uma máquina térmica. De igual modo, não há como conceber a existência de um organismo vivo se toda a matéria tem a mesma temperatura! Comente sobre o acerto desta afirmativa, justificando.
Passo 1
O enunciado diz que, por causa da 2ª lei da Termodinâmica, o calor flui de corpos quentes para frios até todos atingirem a mesma temperatura. Em escala cósmica isso levaria ao “fim térmico” (heat death) do universo, onde não haveria diferença de temperatura para fazer máquinas térmicas funcionarem nem para sustentar a vida. Vamos comentar se essa afirmação faz sentido usando Termodinâmica.
Passo 2
A 2ª lei da Termodinâmica afirma que a entropia total do universo nunca diminui. Quando o calor flui de um corpo quente (temperatura
) para um corpo frio (temperatura
), a entropia aumenta até que
. No equilíbrio térmico a entropia está maximizada e não há mais possibilidade de troca líquida de calor.
Passo 3
Um ponto crucial é a eficiência de uma máquina térmica, dada pela expressão de Carnot:
Passo 4
Se no “fim térmico” tivermos
, então
ou seja, nenhuma máquina térmica pode extrair trabalho de dois reservatórios à mesma temperatura.
Passo 5
Organismos vivos também funcionam trocando energia e mantendo gradientes internos (químicos, térmicos, etc.). Sem gradiente de temperatura ou potencial químico não há “força motriz” para processos metabólicos, logo não existe organismo vivo capaz de funcionar num universo totalmente isotérmico.
Passo 6
Portanto, a afirmativa está correta: no estado de morte térmica do universo, onde todas as regiões têm a mesma temperatura, não há como diferenciar fonte quente e fria, impedindo máquinas térmicas de funcionar e inviabilizando processos vitais que dependem de gradientes.
Passo 7
Em resumo, o “heat death” implica entropia máxima, eficiência zero de máquinas térmicas e ausência de gradientes necessários à vida, confirmando a validade da afirmação do enunciado.
Resposta
A afirmativa está correta pois, num universo com temperatura uniforme (heat death), a entropia está maximizada, a eficiência de qualquer máquina térmica cai a zero (já que
), e não há gradientes de energia para sustentar processos metabólicos ou trabalho útil.