Terceira lei da Termodinâmica

Como um sistema se comporta quando sua entropia se aproxima de zero

A Terceira lei da Termodinâmica trata do equilíbrio termodinâmico, ou seja, a estabilidade presente em um sistema em que há trocas entre calor e trabalho. De acordo com essa lei, essa estabilidade pode ser encontrada apenas quando sua entropia se aproxima de zero.

Em conjunto com a primeira e segunda lei da termodinâmica, a terceira lei determina como calor, trabalho e energia interferem em um sistema. Cada uma delas se conecta com as demais:

  • A primeira lei da termodinâmica faz referência a quantidade de preservação da energia. De acordo com esse princípio, a energia não pode ser criada nem destruída, apenas transformada.
  • A segunda lei da termodinâmica fala da transferência de calor.  O calor sempre sai do corpo mais quente para o mais frio, sendo assim, irreversível.
  • A terceira lei da termodinâmica tenta estabelecer um ponto referencial para a entropia. Segundo a lei, quanto maior for a desordem do sistema, maior será sua entropia.
Moléculas em movimento.
Quanto mais as moléculas se movimentam, mais desorganizadas e mais potencial de entropia elas têm. (Foto: Pixabay)

Entropia

A entropia é uma definição da termodinâmica que mensura a desorganização entre as partículas presentes em um sistema. A grandeza é representada pela letra S. A palavra vem do grego entropêe e significa “mudança”.

Para entender melhor esse conceito, vamos usar a imaginação.

Na primeira lei da termodinâmica, temos um universo que se origina a partir de energia. Ela é finita e utilizável. Uma parte dela vai ser gasta ao realizar o trabalho de composição e a outra vai aumentar a temperatura do universo. 

Perceba que nesse processo a energia não foi criada nem destruída. Uma parte dela foi aproveitada e a outra foi perdida para o meio.

Da mesma forma, quando alguém enche uma boia ou um balão de aniversário é preciso usar força para colocar o ar dentro do objeto. A energia cinética gerada pela força produz o movimento (expansão) do objeto e a outra parte vai para o meio em forma de calor.

Agora, vem a segunda lei da termodinâmica que diz: essa energia finita utilizável foi transformada em inutilizável. De tanta energia condensada por muitos anos, o universo se formou.

Toda a matéria que conhecemos, resultou desse processo. A energia inutilizável é calculada pela entropia.

Continuando com o exercício da imaginação, vamos pensar assim:

Você resolveu dar um jantar. Escolheu o prato principal, uma lasanha, e separou todos os ingredientes. Cortou a cebola, reservou o molho de tomate, a massa e o recheio e os ordenou em cima da mesa.

À medida em que você está cozinhando, percebe que faltam mais ingredientes e começa a procurar na geladeira e armário. Mas agora você não tem mais tempo para arrumá-los como fez com os demais e vai colocando de qualquer forma e em qualquer lugar. Assim, a cozinha vai ficando desorganizada.

Consegue perceber que foi o “inesperado”, a alteração que causou a desordem? Ao mesmo tempo, foi necessário.

Desse jeito é a entropia. Segundo as Leis da Termodinâmica, quanto mais desarrumado for o sistema, maior será sua entropia. 

Continuando com exemplo do jantar, vamos pensar assim: no momento em que você vai colocar o molho sobre a massa, ele escorrega da sua mão, cai e faz uma sujeira no chão. Essa sujeira (resultado) é a entropia do ato.

A entropia é um processo espontâneo, natural e irreversível. O universo funciona como essa cozinha cheia de ingredientes, quanto mais elementos são colocados para sua desorganização, maior será a entropia.

Assim como você não conseguiria fazer o molho voltar ao pote, a entropia não pode ser revertida. 

A Terceira Lei da Termodinâmica

Já sabemos que a entropia é esse ponto de referência que resulta na mudança. Mas o que ocasiona a entropia? É isso que a terceira lei da termodinâmica investiga.

A terceira lei da termodinâmica afirma que a entropia será constante ou igual a zero quando a temperatura de um sistema ficar próxima do zero absoluto. O zero absoluto ou temperatura absoluta é o “ 0 Kelvin” (-273.15 graus Celsius).

Quando Walther Nernst propôs essa teoria, também constatou que nenhuma substância pura com temperatura em zero absoluto apresentava entropia de valor próximo a zero. Por isso, alguns físicos não consideram a teoria de Nernst como a terceira lei da termodinâmica, mas apenas uma regra.

Ainda assim, Nernst desenvolveu uma fórmula para a Terceira Lei da Termodinâmica:

lim = 0 ∆S =0

T = 0

Onde:

∆S = variação da entropia

T = Temperatura

Faça a referência deste conteúdo seguindo as normas da ABNT:

Santana, Esther. Terceira lei da Termodinâmica; Guia Estudo. Disponível em

< https://www.guiaestudo.com.br/terceira-lei-da-termodinamica >. Acesso em 18 de novembro de 2019 às 16:44.

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