O que é entropia? - Médico - 2023

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Tudo no Universo, desde a formação de estrelas até a operação de um computador, pode ser explicado por meio da aplicação de leis físicas. Ou seja, equações que relacionam fenômenos naturais entre si para encontrar a explicação lógica para o que acontece na natureza.

E no que diz respeito às leis físicas, os da termodinâmica têm um peso muito importante. E é que este ramo da Física estuda os fenômenos que ocorrem nos corpos afetados pelas trocas de temperatura e pelo fluxo de energia entre eles. Pode parecer muito complexo, mas, por exemplo, um gás em expansão em um recipiente está sujeito a essas mesmas leis.

Mas surgiu uma questão: por que o gás ocupa todo o volume de um recipiente se, de acordo com as leis da termodinâmica, não deveria? Entra em cena um conceito que, apesar de conhecido de todos, é realmente compreendido por poucos: a entropia.

Certamente, você já ouviu falar que é uma magnitude termodinâmica que mede o grau de desordem de um sistema e que sempre aumenta, de forma que tudo no Universo tende a se desordenar. Mas isso não é exatamente verdade. No artigo de hoje, você finalmente entenderá o que exatamente é entropia e perceberá que, na realidade, é mero bom senso..

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O que a segunda lei da termodinâmica nos diz?

Não podemos nos aventurar a definir algo tão complexo como a entropia sem primeiro estabelecer uma base. Devemos entender o que é a termodinâmica e, principalmente, os fundamentos de sua segunda lei, que é onde entra em jogo a entropia que nos reúne aqui hoje.

A termodinâmica é, em termos gerais, a disciplina física que estuda as propriedades macroscópicas da matéria que é afetada por fenômenos relacionados ao calor.. Ou seja, é o ramo da Física cuja origem se localiza no século XVII e que analisa como a temperatura determina a circulação da energia e como esta, por sua vez, induz o movimento das partículas.

Portanto, mantenha seu foco na energia térmica, pois isso pode desencadear todos os fenômenos que acontecem ao nosso redor. E é que as diferentes formas de energia estão intimamente relacionadas. Mas o importante hoje é que suas bases se encontram nos quatro princípios ou leis da termodinâmica.

A lei do "zero" é a do princípio do equilíbrio térmico (tão simples quanto: se A e B estão na mesma temperatura e B e C estão na mesma, então A e C têm a mesma temperatura). A primeira lei é a da conservação de energia. Conhecido por todos, esse princípio postula que a energia não é criada nem destruída. Ele só pode ser transformado ou transferido de um objeto para outro. Também temos a terceira lei, que nos diz que quando a temperatura atinge o zero absoluto (-273,15 ° C), qualquer processo físico e energético é interrompido. Mas e quanto ao segundo?

A segunda lei da termodinâmica é a do princípio da entropia. Essa lei nos diz que a quantidade de entropia no Universo tende a aumentar com o tempo.. O aumento da desordem (embora veremos que não é exatamente isso) é totalmente inevitável, pois os físicos perceberam que o Cosmos é "dominado" por algo que eles não sabiam o que era, mas que fazia tudo tender à desordem.

Por mais que tentassem encontrá-lo, não conseguiram encontrar a "força" responsável pela entropia. O que estava causando esse transtorno? Bem, a resposta veio em meados do século 20 e foi uma verdadeira surpresa. E é que talvez a entropia seja simplesmente bom senso aplicado ao Universo. E agora vamos entender o que queremos dizer com isso.

Para saber mais: "As 4 leis da termodinâmica (características e explicação)"

O que exatamente é entropia?

Se você procura uma definição, nós a daremos. Mas não espere que seja simples. Na verdade, não podemos nem mesmo dar 100% de clareza. E é que não sendo uma força no sentido estrito da palavra, é difícil dizer exatamente o que é entropia.

Agora, o que podemos dizer é o que não é: entropia não é uma quantidade que mede o grau de desordem de um sistema. É curioso que, de todas as definições possíveis, esta seja a menos precisa, a que mais penetrou no pensamento coletivo.

Mas o que é entropia? Entropia pode ser definida como uma quantidade termodinâmica que mede o número de microestados equivalentes para o mesmo macroestado de um sistema. Você não gosta dessa definição porque nada é entendido? Nada acontece. Tem outro.

A entropia também pode ser definida como uma grandeza termodinâmica que mede a maneira como um sistema isolado evolui em direção ao estado estatisticamente mais provável, com a combinatória mais favorável. Ou? Nada acontece. Tem outro.

Entropia Também pode ser definido como uma quantidade termodinâmica que mede o grau em que um sistema isolado evolui para um estado de mais perda de informação.. Ou? Bem, as opções acabaram.

No máximo podemos dizer que a entropia, simbolizada como S, é o resultado do produto entre a constante de Boltzmann (k) e o logaritmo de W, que se refere ao número de microestados que têm a mesma probabilidade de ocorrência.

Nada ainda está entendido, certo? Nada acontece. Agora vamos entender a entropia de uma maneira muito mais simples, com metáforas. Por enquanto, fique com isto: entropia é uma consequência da probabilidade aplicada à termodinâmica. O que é mais provável que aconteça, acontecerá. No que diz respeito à combinatória, a entropia faz com que, por estatísticas simples, o Universo tenda à desordem. Bem, mais do que desordem, tanto quanto possível. E como o mais possível tende a coincidir com o mais desordenado, daí sua definição incorreta.

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Agora você vai entender entropia: probabilidade e desordem

Imagine que vou lançar um único dado e pergunto qual é o número que você acha que vai aumentar. A menos que você seja um clarividente, deve me dizer que todos têm chances iguais de namorar. Ou seja, um em cada seis. Contudo, se eu lançar dois dados ao mesmo tempo e perguntar o que você acha que é a soma que vai sair, as coisas ficam um pouco mais complicadas, verdade?

Suas opções variam de 2 (se um dado der 1 e o outro também) a 12 (se um dado der 6 e o outro também). O que você me diria? Deixa você em paz, certo? Respeitável, mas preste atenção ao que vou lhe contar.

Se você acha que todas as somas têm a mesma probabilidade de aparecer, é compreensível, mas você está um pouco errado. Vamos pensar em termos estatísticos. De quantas maneiras a soma 2 pode ser obtida? Apenas uma maneira: 1 + 1. E a soma 3? Tenha cuidado, de duas maneiras: 1 + 2 e 2 +1. E a soma 4? Tenha cuidado, de três maneiras: 1 + 3, 3 + 1 ou 2 + 2. E a soma 12? Novamente, de apenas uma maneira: 6 + 6.

Você vê para onde vão os tiros? Agora você tem que dar um salto de fé e acreditar em mim quando digo que é a soma 7 que pode ser obtida com mais combinações. Portanto, se você fosse um gênio da matemática, deveria ter me dito que a soma 7 surgiria.

Estatisticamente falando, as chances estariam do seu lado. O mais provável de sair é, sem dúvida, o somatório 7, pois é o que pode ser obtido das mais diferentes formas. Quanto maior o número de combinações possíveis para um resultado, mais provável é que você obtenha o resultado em questão.

Mas o que os dados têm a ver com entropia? Basicamente tudo.E é aquele que o Universo é regido por esse mesmo princípio que, apesar de ter banalizado com ele falar em apostas com dados, é muito grave: o estado inespecífico (no nosso caso, a soma 7) que observaremos com maior probabilidade no nível macroscópico é aquele que possui um maior número de estados específicos (todas as combinações de dados que dão a soma 7).

E será que se extrapolarmos isso não com dois dados, mas com milhões de milhões de milhões de átomos e moléculas, o que encontramos? Com isso, existe um estado inespecífico que abrange praticamente todos os estados específicos. Em outras palavras, existem trilhões de combinações que dão origem a esse estado inespecífico, mas muito poucas que dão origem a estados diferentes.

E isso está diretamente relacionado à entropia. Entropia não é uma força ou lei física, é simplesmente uma consequência de dois fatores que ocorrem no Universo: muitas partículas formando o mesmo sistema e aleatoriedade dentro dele.

Isso significa que, por estatísticas simples, o sistema evolui para o estado mais provável. Em outras palavras, ele evolui para aquele estado que surge após o mais combinatório possível, uma vez que existem muitas confirmações que o produzem.

O fato de um gás ocupar todo o recipiente em que se encontra, aumentando sua desordem, é consequência de uma força que especificamente o impulsiona a fazê-lo, ou simplesmente deriva do fato de haver milhões de milhões de conformações do gás moléculas que levam a isso, no nível macroscópico, vemos o gás ocupando todo o recipiente, enquanto a conformação que faz com que ele seja encontrado apenas em um canto é incrivelmente improvável?

Bem, a entropia nos diz o último. A desordem no Universo não ocorre porque existe uma força que faz com que tudo tenda à desordem, mas porque no nível estatístico, o que entendemos como desordem é muito mais provável do que a ordem. Quantas conformações podem formar moléculas perfeitamente organizadas em um sistema? Muito poucas. Muito pouco. E quantas conformações podem tornar as moléculas fora de ordem? Vários. Muitos. Quase infinito.

Portanto, nem em toda a era do Universo houve tempo suficiente para que as probabilidades fizessem um sistema tender a se ordenar. A ordem molecular é tão incrivelmente improvável que é tecnicamente impossível.

Portanto, é dito que a entropia aumenta a desordem do Universo. mas isso não é verdade. A entropia não é uma força, mas uma consequência dos estados macroscópicos que vemos no nível macroscópico são o resultado da soma de microestados mais prováveis. O que é estatisticamente mais possível é o que vai acontecer. E no nível molecular, a desordem é infinitamente mais provável do que a ordem. A entropia é, se você pensar bem, bom senso.

A desordem é um conjunto mais provável de conformações do que a ordem, uma vez que responde a muito poucas combinações. Conseqüentemente, o Universo tende à desordem.